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PID控制算法的应用技巧 　　摘要: 对PID的基本原理作介绍,对实际应用中涉及到的参数设置及调节的方法,计算结果的处理作简要介绍,总结其使用技巧。 　　关键词:PID;比例;积分;微分 　　 　　1、引言 　　 　　目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用,有各种各样的PID控制器产品,其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器,能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC),还有可实现PID控制的PC系统等等。 　　 　　2、PID控制的原理和特点 　　 　　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。在单回路控制系统中,由于扰动作用使被控参数偏离给定值,从而产生偏差。自动控制系统的调节单元将来自变送器的测量值与给定值相比较之后产生的偏差进行比例、微分、积分运算,并输出统一标准信号,去控制执行机构的动作。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。 　　①比例(P)控制 　　比例控制是一种最简单的控制方式。是按比例反应系统的的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用,减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,是系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。但当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。 　　②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。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。由于积分作用输出随时间积累而逐渐增大,故调节动作缓慢,这样会造成调节不及时,使系统稳定裕度下降。因此积分作用一般不单独使用,而是与比例作用组合起来构成PI调节器,用于控制系统中减小稳态误差。 　　③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。而微分项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。 　　比例P只与偏差成正比,积分作用I是偏差对时间的积累,微分作用D是偏差的变化率。自动调节系统中当干扰出现时微分D立即起作用,P随偏差的增大而明显起来,两者首先起克服偏差的作用,使被控量在新值上稳定,此新稳定值与设定值之差叫余差,而I随时间增加逐渐增强,直至克服掉余差,使被控量重返到设定值上来。 　　常用的有两种PID控制算法,即位置式算法和增量算法。增量算法就是相对于标准算法的相邻两次运算之差,根据具体的应用适当选择使用哪一种算法,直接计算法得到的是当前需要的控制量,而相邻两次控制量的差就是增量。 　　标准的位置式计算法公式: 　　Pout(t)=Kp*e(t)+Ki*∑e(t)+Kd*(e(t)-e(t-1)); 　　增量法计算公式: 　　 Pdlt= Pout(t)- Pout(t-1) 　　即Pdlt=Kp*(e(t)-e(t-1))+Ki*e(t)+Kd*(e(t)-2*e(t-1)+e(t-2)); 　　 　　3、PID控制器的参数整定 　　 　　PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实