關(guān)于PID調(diào)節(jié)及其口訣

1、關(guān)于PID調(diào)節(jié)及其口訣經(jīng)常看到有關(guān)PID調(diào)節(jié)問題書籍，看來看去看不懂他們再說什么。還有一些技術(shù)員一提起PID調(diào)節(jié)，就搖頭，搞不懂呀！那么PID調(diào)節(jié)的實質(zhì)是什么？通俗的概念是什么？我們通過圖1進行分析。此主題相關(guān)圖片如下，點擊圖片看大圖：    一個自動控制系統(tǒng)要能很好地完成任務(wù)，首先必須工作穩(wěn)定，同時還必須滿足調(diào)節(jié)過程的質(zhì)量指標(biāo)要求。即：系統(tǒng)的響應(yīng)快慢、穩(wěn)定性、最大偏差等。很明顯，自動控制系統(tǒng)總希望在穩(wěn)定工作狀態(tài)下，具有較高的控制質(zhì)量，我們希望持續(xù)時間短、超調(diào)量小、擺動次數(shù)少。為了保證系統(tǒng)的精度，就要求系統(tǒng)有很高的放大系數(shù)，然而放大系數(shù)一高，又會造成系統(tǒng)

2、不穩(wěn)定，甚至系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。反之，只考慮調(diào)節(jié)過程的穩(wěn)定性，又無法滿足精度要求。因此，調(diào)節(jié)過程中，系統(tǒng)穩(wěn)定性與精度之間產(chǎn)生了矛盾。    如何解決這個矛盾，可以根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計要求和實際情況，在控制系統(tǒng)中插入“校正網(wǎng)絡(luò)”，矛盾就可以得到較好解決。這種“校正網(wǎng)絡(luò)”，有很多方法完成，其中就有PID方法。    簡單的講，PID“校正網(wǎng)絡(luò)”是由比例積分PI和比例微分PD"元件組"成的。為了說明問題，這里簡單介紹一下比例積分PI和比例微分PD。微分：    從電學(xué)原理

3、我們知道，見圖2，當(dāng)脈沖信號通過RC電路時，電容兩端電壓不能突變，電流超前電壓90°，輸入電壓通過電阻R向電容充電，電流在t1時刻瞬間達(dá)到最大值，電阻兩端電壓Usc此刻也達(dá)到最大值。隨著電容兩端電壓不斷升高，充電電流逐漸減小，電阻兩端電壓Usc也逐漸降低，最后為0，形成一個鋸齒波電壓。這種電路稱為微分電路，由于它對階躍輸入信號前沿“反應(yīng)”激烈，其性質(zhì)有加速作用。積分：    我們再來看圖3，脈沖信號出現(xiàn)時，通過電阻R向電容充電，電容兩端電壓不能突變，電流在t1時刻瞬間達(dá)到最大值，電阻兩端電壓此刻也達(dá)到最大值。電容兩端電壓Usc隨著時間t不斷升高

4、，充電電流逐漸減小，最后為0，電容兩端電壓Usc也達(dá)到最大值，形成一個對數(shù)曲線。這種電路稱為積分電路，由于它對階躍輸入信號前沿“反應(yīng)”遲緩，其性質(zhì)是“阻尼”緩沖作用。此主題相關(guān)圖片如下，點擊圖片看大圖：插入校正網(wǎng)絡(luò)的情況   現(xiàn)在我們首先討論自動控制系統(tǒng)引入比例積分PI的情況，見圖4。曲線PI（1）對階躍信號的響應(yīng)特性曲線，當(dāng)t=0時，PI的輸出電壓很小，（由比例系數(shù)決定）當(dāng)t>0時，輸出電壓按積分特性線性上升，系統(tǒng)放大系數(shù)Ue線性增大。這就是說，當(dāng)系統(tǒng)輸入端出現(xiàn)大的誤差時，控制輸出電壓不會立即變得很大，而是隨著時間的推移和系統(tǒng)誤差不斷地減小，PI的輸出電壓

5、不斷增加，既，系統(tǒng)放大系數(shù)Ue不斷線性增大。我們稱這種特性為系統(tǒng)阻尼。決定阻尼系數(shù)因素是PI比例系數(shù)和積分時間常數(shù)。要不斷提高控制系統(tǒng)的質(zhì)量，就要不斷改變PI比例系數(shù)和積分時間常數(shù)。此主題相關(guān)圖片如下，點擊圖片看大圖：    我們再討論控制系統(tǒng)引入比例微分PD的情況，見圖4。曲線PD（2）對輸入信號的響應(yīng)特性曲線，當(dāng)t=0時，PD使系統(tǒng)放大系數(shù)Ue驟增。這就是說，當(dāng)系統(tǒng)輸入端出現(xiàn)誤差時，控制輸出電壓會立即變大。我們稱這種特性為加速作用?？梢钥闯觯^強的微分信號會使控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。所以在使用中，必須認(rèn)真調(diào)節(jié)PD比例系數(shù)和微分時間常數(shù)。  

6、; 為妥善解決系統(tǒng)穩(wěn)定性與精度之間的矛盾，往往將比例積分PI與比例微分PD組合使用，形成“校正網(wǎng)絡(luò)”，也稱PID調(diào)節(jié)。PID調(diào)節(jié)特性曲線PID（3）（圖4），是PI、PD特性曲線合成的。適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)PI、PD上述各系數(shù)，就能保證控制系統(tǒng)即快又穩(wěn)的工作。結(jié)論：   PID調(diào)節(jié)器實際是一個放大系數(shù)可自動調(diào)節(jié)的放大器，動態(tài)時，放大系數(shù)較低，是為了防止系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)與振蕩。靜態(tài)時，放大系數(shù)較高，可以蒱捉到小誤差信號，提高控制精度。1.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

7、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。 2.一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低 2.PID控制器參數(shù)的工程整定,各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中P.I.D參數(shù)經(jīng)驗數(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, 流量L: P=40100%,T=660s。 3.PID控制的原理和

8、特點 在工程實際中，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

9、控制量進行控制的。 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”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項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