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、乂長久不衰？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。由丁自動控制系統(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、，特別是對初學(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?zhàn)詣涌刂评碚撘脖环Q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。2 . PID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

3、說明），使 PID為純比例調(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

4、0即可。若要設(shè)定，與確定 P和Ti的方法 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

5、、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?？删幊炭刂破?PLC)是利用其閉環(huán)控制模塊 來實(shí)現(xiàn)PID控

6、制，而可編程控制器(PLC)可以直接與ControlNet相連，如Rock well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

7、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)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，乂 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

8、 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)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差?？刂葡到y(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，乂稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至

9、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(jì)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

10、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)對誤差取決丁時間的積分，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，直到等丁零。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

11、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 原因是由丁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，其變化總是落后丁誤差的變化。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丁零，甚至為負(fù)值，從而避免 了

12、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(jì)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(jì)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(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)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、易丁掌握，在 工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的

13、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(jì)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

14、=2060%,T=180600s,D=3-180s壓力 P: P=3070%,T=24180s,液位 L: P=2080%,T=60300s,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： topic.php?topi id=6448927 |評論(1)求助知友希兒5

15、21 |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 19:30 xmxqiyan | 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 Value unsigned int Proportion; /比例常數(shù) Proportional Constunsigned int Integr

16、al; / 積分常數(shù) Integral Const unsigned int Derivative; / 微分常數(shù) Derivative Const unsigned 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 (Inp

17、ut)sbit data1=P1A0;sbit clk=P1Al;sbit plus=P2A0;sbit subs=P2A1;sbit stop=P2A2;sbit output=P3A4;sbit DQ=P3A3;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

18、振為準(zhǔn)，延時時間為30usxtime*/ void delay(unsigned char time)(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

19、=1;/*寫一字節(jié)數(shù)據(jù)子程序*/ void write_byte(unsigned char val)(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()(unsig

20、ned char i,value_bit;EA=0;DQ=0; /*拉低DQ，開始讀時序*/ _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80

21、us以完成此次都時序，之后再讀下一數(shù)據(jù)*/EA=1;return(value);/*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()(unsi

22、gned char i,j; do (i=reset(); /* 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<&

23、lt;4)&0x7f; s=(unsigned int)(j&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(jì)算部分 =*/ unsigned int PIDCalc( struct PID *pp, unsigned int NextPoint ) (unsigned int d

24、Error,Error;Error = pp->SetPoint - NextPoint; / 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 * dErro

25、r); / 微分項(xiàng)/*溫度比較處理子程序*/ compare_temper()(unsigned 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 Inputrout = PIDCalc ( &spid,rin ); / Perform PID Interation if (high_time<=100)high_time=(unsigned char)(

26、rout/800);elsehigh_time=100;low_time= (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 Inputrout = PIDCalc ( &spid,rin ); / Perform PID Interationif (high_time<100)high_time=(unsigned char

27、)(rout/10000);elsehigh_time=0;low_time= (100-high_time);/ else/(/*T0中斷服務(wù)子程序，用丁控制電平的翻轉(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;elsecount=0;TH0=0x2f;TL0=0xe0;/*申行口中斷服務(wù)程序，用丁上位機(jī)通訊*/ void serve_sio() interrupt 4 using 2(/* EA=0

28、;RI=0;i=SBUF;if(i=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>>

29、;1;if(m=1)data1=1;elsedata1=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;elsedisp_num0=0x60;k=k%100;disp_num1=numberk/10;disp_num2=numberk%10;k=temper;k=k%100;disp_num3=numberk/10;disp_num4=