PID的工作原理及应用.doc

PID工作原理及应用 课题名称 :PID工作原理及应用 学 院 :电气信息工程学院 专 业 : 自动化 班 级 ： 11-1班 学 号 : 0 9 姓 名 : 李 洁 摘要： 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、 微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有 近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而 成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌 握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时， 系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用 PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐ 或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技 术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统 的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入 误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差 （Steady-state error）。 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关 系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这 个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统 （System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控 制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着 时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着 时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减 小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入 稳态后无稳态误差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差 的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差 接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引 入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而 目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具 有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零， 甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞 后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动 态特性。 模拟PID调节器 一、模拟PID控制系统组成 图5－1－4 模拟PID控制系统原理框图 二、模拟PID调节器的微分方程和传输函数 PID调节器是一种线性调节器，它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。 1、PID调节器的微分方程 式中 2、PID调节器的传输函数 三、PID调节器各校正环节的作用 1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。 2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。 3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。 数字PID控制器 一、模拟PID控制规律的离散化 模拟形式 离散化形式 二、数字PID控制器的差分方程 式中 称为比例项 称为积分项 称为微分项 三、常用的控制方式 1、P控制 2、PI控制 3、PD控制 4、PID控制 四、PID算法的两种类型 1、位置型控制――例如图5－1－5调节阀控制 2、增量