pid參數(shù)整定口訣及程序

1、1. PID調(diào)試步驟 沒有一種控制算法比PID調(diào)節(jié)規(guī)律更有效、更方便的了?，F(xiàn)在一些時髦點(diǎn)的調(diào)節(jié)器基本源自PID。甚至可以這樣說：PID調(diào)節(jié)器是其它控制調(diào)節(jié)算法的媽。 為什么PID應(yīng)用如此廣泛、又長久不衰？ 因?yàn)镻ID解決了自動控制理論所要解決的最基本問題，既系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，兼顧系統(tǒng)的帶載能力和抗擾能力，同時，在PID調(diào)節(jié)器中引入積分項(xiàng)，系統(tǒng)增加了一個零積點(diǎn)，使之成為一階或一階以上的系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差就為零。 由于自動控制系統(tǒng)被控對象的千差萬別，PID的參數(shù)也必須隨之變化，以滿足系統(tǒng)的性能要求。這就給使用者帶來相當(dāng)?shù)穆闊?，?/p>

2、別是對初學(xué)者。下面簡單介紹一下調(diào)試PID參數(shù)的一般步驟： 1負(fù)反饋 自動控制理論也被稱為負(fù)反饋控制理論。首先檢查系統(tǒng)接線，確定系統(tǒng)的反饋為負(fù)反饋。例如電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，輸入信號為正，要求電機(jī)正轉(zhuǎn)時，反饋信號也為正（PID算法時，誤差=輸入-反饋），同時電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，反饋信號越大。其余系統(tǒng)同此方法。 2PID調(diào)試一般原則 a.在輸出不振蕩時，增大比例增益P。 b.在輸出不振蕩時，減小積分時間常數(shù)Ti。 c.在輸出不振蕩時，增大微分時間常數(shù)Td。 3一般步驟 a.確定比例增益P 確定比例增益P 時，首先去掉PID的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，一般是令Ti=0、Td=0（具體見PID的參數(shù)設(shè)定說明），使PID為純比

3、例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的60%70%，由0逐漸加大比例增益P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時的比例增益P，設(shè)定PID的比例增益P為當(dāng)前值的60%70%。比例增益P調(diào)試完成。 b.確定積分時間常數(shù)Ti 比例增益P確定后，設(shè)定一個較大的積分時間常數(shù)Ti的初值，然后逐漸減小Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過來，逐漸加大Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時的Ti，設(shè)定PID的積分時間常數(shù)Ti為當(dāng)前值的150%180%。積分時間常數(shù)Ti調(diào)試完成。 c.確定積分時間常數(shù)Td 積分時間常數(shù)Td一般不用設(shè)定，為0即可。若要設(shè)定，與確定 P和Ti的方法

4、相同，取不振蕩時的30%。 d.系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)，再對PID參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直至滿足要求。 2.PID控制簡介 目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。同時，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動洗衣機(jī)等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感

5、器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器(intelligent regulator)，其中PID控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC)，還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。 可編程控制器(PLC) 是利用其閉環(huán)控制模塊來實(shí)現(xiàn)PID控制，而可編程控制器(PLC)可以直接與ControlNet相連，

6、如Rockwell的PLC-5等。還有可以實(shí)現(xiàn)PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix產(chǎn)品系列，它可以直接與ControlNet相連，利用網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。 1、開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。 2、閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)

7、反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負(fù)反饋( Negative Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個開環(huán)控制系統(tǒng)。另例，當(dāng)一臺真正的全自動洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源，它就是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。 3、階躍響應(yīng) 階躍響應(yīng)是指將一個階躍輸入（step function）加到系統(tǒng)上時，系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)

8、態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差。控制系統(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個字來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability)，一個系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的；準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(Steady-state error)描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差；快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，通常用上升時間來定量描述。 4、PID控制的原理和特點(diǎn) 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的

9、主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。 積分（I）控制 在積分

10、控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項(xiàng)會增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動控制系

11、統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。 5、PID控

12、制器的參數(shù)整定 PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對控制器參數(shù)進(jìn)行

13、整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。 3.PID控制器參數(shù)的工程整定,各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中PID參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以下可參照： 溫度T: P=2060%,T=180600s,D=3-180s 壓力P: P=3070%,T=24180s, 液位L: P=2080%,T=60300s

14、, 流量L: P=40100%,T=660s。 4. PID常用口訣： 參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查 先是比例后積分，最后再把微分加 曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大 曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳 曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降 曲線波動周期長，積分時間再加長 曲線振蕩頻率快，先把微分降下來 動差大來波動慢。微分時間應(yīng)加長 理想曲線兩個波，前高后低4比1 一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低參考資料：27|評論(1)求助知友希兒521 | 當(dāng)前分類：6 級擅長網(wǎng)站使用：10 級按默認(rèn)排序|按時間排序 其他回答 共1條2008-05-10

15、19:30xmxqiyan|當(dāng)前分類：15 級排名：2352#include<reg51.h>#include<intrins.h>#include<math.h>#include<string.h>struct PID unsigned int SetPoint; / 設(shè)定目標(biāo) Desired Valueunsigned int Proportion; / 比例常數(shù) Proportional Constunsigned int Integral; / 積分常數(shù) Integral Constunsigned int Derivative

16、; / 微分常數(shù) Derivative Constunsigned int LastError; / Error-1unsigned int PrevError; / Error-2unsigned int SumError; / Sums of Errors;struct PID spid; / PID Control Structureunsigned int rout; / PID Response (Output)unsigned int rin; / PID Feedback (Input)sbit data1=P10;sbit clk=P11;sbit plus=P20;sbit

17、subs=P21;sbit stop=P22;sbit output=P34;sbit DQ=P33;unsigned char flag,flag_1=0;unsigned char high_time,low_time,count=0;/占空比調(diào)節(jié)參數(shù)unsigned char set_temper=35; unsigned char temper; unsigned char i;unsigned char j=0;unsigned int s;/*延時子程序,延時時間以12M晶振為準(zhǔn),延時時間為30us×time*/void delay(unsigned char time)

18、 unsigned char m,n; for(n=0;n<time;n+) for(m=0;m<2;m+) /*寫一位數(shù)據(jù)子程序*/void write_bit(unsigned char bitval) EA=0; DQ=0; /*拉低DQ以開始一個寫時序*/ if(bitval=1) _nop_(); DQ=1; /*如要寫1，則將總線置高*/ delay(5); /*延時90us供DA18B20采樣*/ DQ=1; /*釋放DQ總線*/ _nop_(); _nop_(); EA=1; /*寫一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序*/void write_byte(unsigned char va

19、l) unsigned char i; unsigned char temp; EA=0; TR0=0; for(i=0;i<8;i+) /*寫一字節(jié)數(shù)據(jù)，一次寫一位*/ temp=val>>i; /*移位操作，將本次要寫的位移到最低位*/ temp=temp&1; write_bit(temp); /*向總線寫該位*/ delay(7); /*延時120us后*/ / TR0=1; EA=1; /*讀一位數(shù)據(jù)子程序*/unsigned char read_bit() unsigned char i,value_bit; EA=0; DQ=0; /*拉低DQ，開始讀時

20、序*/ _nop_(); _nop_(); DQ=1; /*釋放總線*/ for(i=0;i<2;i+) value_bit=DQ; EA=1; return(value_bit); /*讀一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序*/unsigned char read_byte() unsigned char i,value=0; EA=0; for(i=0;i<8;i+) if(read_bit() /*讀一字節(jié)數(shù)據(jù)，一個時序中讀一次，并作移位處理*/ value|=0x01<<i; delay(4); /*延時80us以完成此次都時序，之后再讀下一數(shù)據(jù)*/ EA=1; return(va

21、lue); /*復(fù)位子程序*/unsigned char reset() unsigned char presence; EA=0; DQ=0; /*拉低DQ總線開始復(fù)位*/ delay(30); /*保持低電平480us*/ DQ=1; /*釋放總線*/ delay(3); presence=DQ; /*獲取應(yīng)答信號*/ delay(28); /*延時以完成整個時序*/ EA=1; return(presence); /*返回應(yīng)答信號，有芯片應(yīng)答返回0,無芯片則返回1*/ /*獲取溫度子程序*/void get_temper() unsigned char i,j; do i=reset()

22、; /*復(fù)位*/ while(i!=0); /*1為無反饋信號*/ i=0xcc; /*發(fā)送設(shè)備定位命令*/ write_byte(i); i=0x44; /*發(fā)送開始轉(zhuǎn)換命令*/ write_byte(i); delay(180); /*延時*/ do i=reset(); /*復(fù)位*/ while(i!=0); i=0xcc; /*設(shè)備定位*/ write_byte(i); i=0xbe; /*讀出緩沖區(qū)內(nèi)容*/ write_byte(i); j=read_byte(); i=read_byte(); i=(i<<4)&0x7f; s=(unsigned int)(j&

23、amp;0x0f); s=(s*100)/16; j=j>>4; temper=i|j; /*獲取的溫度放在temper中*/ /*=Initialize PID Structure=*/void PIDInit (struct PID *pp) memset ( pp,0,sizeof(struct PID);/*=PID計算部分=*/unsigned int PIDCalc( struct PID *pp, unsigned int NextPoint )unsigned int dError,Error;Error = pp->SetPoint - NextPoint;

24、 / 偏差pp->SumError += Error; / 積分dError = pp->LastError - pp->PrevError; / 當(dāng)前微分pp->PrevError = pp->LastError;pp->LastError = Error;return (pp->Proportion * Error / 比例項(xiàng)+ pp->Integral * pp->SumEror / 積分項(xiàng)+ pp->Derivative * dError); / 微分項(xiàng)/*溫度比較處理子程序*/compare_temper() unsigne

25、d char i; if(set_temper>temper) if(set_temper-temper>1) high_time=100; low_time=0; else for(i=0;i<10;i+) get_temper(); rin = s; / Read Input rout = PIDCalc ( &spid,rin ); / Perform PID Interation if (high_time<=100) high_time=(unsigned char)(rout/800); else high_time=100; low_time= (

26、100-high_time); else if(set_temper<=temper) if(temper-set_temper>0) high_time=0; low_time=100; else for(i=0;i<10;i+) get_temper(); rin = s; / Read Input rout = PIDCalc ( &spid,rin ); / Perform PID Interation if (high_time<100) high_time=(unsigned char)(rout/10000); else high_time=0;

27、low_time= (100-high_time); / else / /*T0中斷服務(wù)子程序，用于控制電平的翻轉(zhuǎn) ,40us*100=4ms周期*/void serve_T0() interrupt 1 using 1 if(+count<=(high_time) output=1; else if(count<=100) output=0; else count=0; TH0=0x2f; TL0=0xe0; /*串行口中斷服務(wù)程序，用于上位機(jī)通訊*/void serve_sio() interrupt 4 using 2 /* EA=0; RI=0; i=SBUF; if(i=

28、2) while(RI=0) RI=0; set_temper=SBUF; SBUF=0x02; while(TI=0) TI=0; else if(i=3) TI=0; SBUF=temper; while(TI=0) TI=0; EA=1; */ void disp_1(unsigned char disp_num16) unsigned char n,a,m; for(n=0;n<6;n+) / k=disp_num1n; for(a=0;a<8;a+) clk=0; m=(disp_num1n&1); disp_num1n=disp_num1n>>1;

29、if(m=1) data1=1; else data1=0; _nop_(); clk=1; _nop_(); /*顯示子程序功能：將占空比溫度轉(zhuǎn)化為單個字符，顯示占空比和測得到的溫度*/void display() unsigned char code number=0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6; unsigned char disp_num6; unsigned int k,k1; k=high_time; k=k%1000; k1=k/100; if(k1=0) disp_num0=0; else disp_num0=0x60; k=k%100; disp_num1=numberk/10; disp_num2=numberk%10; k=temper; k=k%100; disp_num3=numberk/10; disp_num4=numberk%10+1; disp_num5=numbers/10; disp_1(disp_num);