PID-比例積分微分控制方法

1、PID比例積分微分控制方法目前工業(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。智能控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。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)行機構(gòu)、輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機構(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（

2、儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應用，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（intelligentregulator），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、自適應算法來實現(xiàn)。有利用PID控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器（PLC）,還有可實現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等?？删幊炭刂破鳎≒LC）是利用其閉環(huán)控制模塊來實現(xiàn)PID控制，而可編程控制器（PLC）可以直接與ControlNet相連，如Rockwell的PLC-5等。還有可以實現(xiàn)PID控制功能的控制器，如Rockwell的L

3、ogix產(chǎn)品系列，它可以直接與ControlNet相連，利用網(wǎng)絡來實現(xiàn)其遠程控制功能。1、開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)（open-loopcontrolsystem）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-loopcontrolsystem）的特點是系統(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)有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負反饋（NegativeFeedback），若極性相同，則稱為正反

4、饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當反饋，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，當一臺真正的全自動洗衣機具有能連續(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、階躍響應階躍響應是指將一個階躍輸入(stepfunction)加到系統(tǒng)上時，系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應進入穩(wěn)態(tài)后；系統(tǒng)的期望輸出與實際輸出之差?？刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準、快三個字來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability)

5、，一個系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應上看應該是收斂的；準是指控制系統(tǒng)的準確性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(Steady-stateerror)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控制的原理和特點在工程實際中，應用最為廣泛的調(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

6、數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用PID控制技術(shù)最為方便。即當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、微分計算出控制量進行控制的。(1) 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。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-stateerror)。(2) 積分控制在積分控制中，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)

7、誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（SystemwithSteady-stateError）。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。（3）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

8、，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該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，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，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(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

9、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，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制

10、器參數(shù)的整定步驟如下：(1) 首先預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)。PID控制算法2008年07月15日星期二14:05KUI連統(tǒng)則間卩m控制泵統(tǒng)1，PID是一個閉環(huán)控制算法。因此要實現(xiàn)PID算法，必須在硬件上具有閉環(huán)控制，就是得有反饋。比如控制一個電機的轉(zhuǎn)速，就得有一個測量轉(zhuǎn)速的傳感器，并將結(jié)果反饋到控制路線上，下面也將以轉(zhuǎn)速控制為例。2, PID是比例(P)、積分(I)、微分(D)控制算法。但并不是必須同時具備這三種算法,也

11、可以是PD,PI，甚至只有P算法控制。我以前對于閉環(huán)控制的一個最樸素的想法就只有P控制，將當前結(jié)果反饋回來，再與目標相減，為正的話，就減速，為負的話就加速?，F(xiàn)在知道這只是最簡單的閉環(huán)控制算法。3, 比例(P)、積分(I)、微分(D)控制算法各有作用：比例，反應系統(tǒng)的基本(當前)偏差e(t)，系數(shù)大，可以加快調(diào)節(jié)，減小誤差，但過大的比例使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定；積分，反應系統(tǒng)的累計偏差-=e.-,.，使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度，因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，直至無誤差;微分，反映系統(tǒng)偏差信號的變化率e(t)-e(t-l)，具有預見性，能預見偏差變化的趨勢，產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差

12、還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除，因此可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。但是微分對噪聲干擾有放大作用，加強微分對系統(tǒng)抗干擾不利。積分和微分都不能單獨起作用，必須與比例控制配合。4，控制器的P,I,D項選擇。下面將常用的各種控制規(guī)律的控制特點簡單歸納一下：1、比例控制規(guī)律P：采用P控制規(guī)律能較快地克服擾動的影響，它的作用于輸出值較快，但不能很好穩(wěn)定在一個理想的數(shù)值，不良的結(jié)果是雖較能有效的克服擾動的影響，但有余差出現(xiàn)。它適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、控制要求不高、被控參數(shù)允許在一定范圍內(nèi)有余差的場合。如：金彪公用工程部下設的水泵房冷、熱水池水位控制；油泵房中間油罐油位控制等。2、比例積分控制規(guī)

13、律(PI)：在工程中比例積分控制規(guī)律是應用最廣泛的一種控制規(guī)律。積分能在比例的基礎(chǔ)上消除余差，它適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、被控參數(shù)不允許有余差的場合。如：在主線窯頭重油換向室中F1401到F1419號槍的重油流量控制系統(tǒng)；油泵房供油管流量控制系統(tǒng)；退火窯各區(qū)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。3、比例微分控制規(guī)律(PD)：微分具有超前作用，對于具有容量滯后的控制通道，引入微分參與控制，在微分項設置得當?shù)那闆r下，對于提高系統(tǒng)的動態(tài)性能指標，有著顯著效果。因此，對于控制通道的時間常數(shù)或容量滯后較大的場合，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小動態(tài)偏差等可選用比例微分控制規(guī)律。如：加熱型溫度控制、成分控制。需要說明一點

14、，對于那些純滯后較大的區(qū)域里，微分項是無能為力，而在測量信號有噪聲或周期性振動的系統(tǒng)，則也不宜采用微分控制。如：大窯玻璃液位的控制。4、例積分微分控制規(guī)律(PID)：PID控制規(guī)律是一種較理想的控制規(guī)律，它在比例的基礎(chǔ)上引入積分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它適用于控制通道時間常數(shù)或容量滯后較大、控制要求較高的場合。如溫度控制、成分控制等。鑒于D規(guī)律的作用，我們還必須了解時間滯后的概念，時間滯后包括容量滯后與純滯后。其中容量滯后通常又包括：測量滯后和傳送滯后。測量滯后是檢測元件在檢測時需要建立一種平衡，如熱電偶、熱電阻、壓力等響應較慢產(chǎn)生的一種滯后。而傳送滯后則是在傳感

15、器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)等設備產(chǎn)生的一種控制滯后。純滯后是相對與測量滯后的，在工業(yè)上，大多的純滯后是由于物料傳輸所致，如：大窯玻璃液位，在投料機動作到核子液位儀檢測需要很長的一段時間?？傊?，控制規(guī)律的選用要根據(jù)過程特性和工藝要求來選取，決不是說PID控制規(guī)律在任何情況下都具有較好的控制性能，不分場合都采用是不明智的。如果這樣做，只會給其它工作增加復雜性，并給參數(shù)整定帶來困難。當采用PID控制器還達不到工藝要求，則需要考慮其它的控制方案。如串級控制、前饋控制、大滯后控制等。5，公式：比例仆)控制器比例十積分刃)控制器u(t)=Kpe(t比例十積分十微分CPID)控制器(t)=K十(t)+右阿)曲+1

16、.竽數(shù)值pid的計算：式中Kp比例放大系數(shù)于Tt：只分時間?Td微分吋閭。標準的直接計算法公式：Pout(t尸Kp老十Ki帝e(t)十Kcl氣e(t)-上一次的計算值:Pout(tJ戸Kp冷e(t-l)十Ki常工e(t-l)十Kd冷(e(t-l)-e(t-2)i兩式相減得到增量法計算公式:Pdlt=Kp*(e(t)-e(r-l)十Ki旳e(t)+Kd床(e(t)屮這里我們對項的表示應該是對此)從1到t全部總和，但為J打字的簡便就記作工或).6,問題。Kp,Ti,Td三個參數(shù)的設定是PID控制算法的關(guān)鍵問題。一般說來編程時只能設定他們的大概數(shù)值，并在系統(tǒng)運行時通過反復調(diào)試來確定最佳值。因此調(diào)試階

17、段程序須得能隨時修改和記憶這三個參數(shù)。7,參數(shù)的自整定。在某些應用場合，比如通用儀表行業(yè)，系統(tǒng)的工作對象是不確定的，不同的對象就得采用不同的參數(shù)值，沒法為用戶設定參數(shù)，就引入?yún)?shù)自整定的概念。實質(zhì)就是在首次使用時，通過N次測量為新的工作對象尋找一套參數(shù)，并記憶下來作為以后工作的依據(jù)。8，pid算法流程圖:數(shù)字PID控制算法2009-12-3120:02首先，將連續(xù)的系統(tǒng)離散化。計算機控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量，因此，連續(xù)PID控制算法不能直接使用，需要采用離散化的方法。在計算機PID控制中，使用的是數(shù)字PID控制器。采樣周期T為1ms,采用Z變換對G(S)進行離散

18、化，離散化后的被控對象為:Transferfunction:0.06684空二0.1322z土0.06538zA3-2.222zA2+1.445z-0.2229可得系統(tǒng)的差分方程:y(k)=-den(2)*y_l-den(3)*y_2-den(4)*y_3+num(2)*u_l+num(3)*u_2+num(4)*u_3;num=00.0668-0.13220.0654den=1.0000-2.22191.4448-0.2229在輸入信號為單位階躍信號時，運行附錄2的數(shù)字PID程序，可得系統(tǒng)的響應如下：單位階躍響應曲線在PID參數(shù)：kp=10;ki=3000;kd=0;調(diào)節(jié)時間0.15sv0.

19、2s;無穩(wěn)態(tài)誤差，超調(diào)量4%2%。其中超調(diào)量過大不滿足系統(tǒng)的設計要求。利用Matlab/Simulink軟件，構(gòu)建了電機控制系統(tǒng)的速度仿真模型。通過仿真結(jié)果可以看出系統(tǒng)能平穩(wěn)運行,具有較好的靜、動態(tài)特性。在此仿真模型基礎(chǔ)上,可以十分便捷地實現(xiàn)進行參數(shù)選擇、調(diào)整及仿真。因此，可以從整體角度出發(fā)對伺服系統(tǒng)整體參數(shù)的優(yōu)化和調(diào)整進行研究。也為實際伺服系統(tǒng)的設計和調(diào)試提供了新的思路增量式PID控制算法2009-07-2311:16當執(zhí)行機構(gòu)需要的不是控制量的絕對值，而是控制量的增量（例如去驅(qū)動步進電動機）時，需要用PID的“增量算法”。聞32（b）增輕代PID押制算沈的簡化zi擂、闿增量式PID控制算法

20、可以通過（2-4）式推導出。由（2-4）可以得到控制器的第k-1個采樣時刻的輸出值為：_Tek-lek-2-Uk-L=K做_+2+-（2-5）將（2-4）與（2-5）相減并整理，就可以得到增量式PID控制算法公式為:TA叫=耳=Kpek-%十丁+巧丁(2-6)心+彳+）%-耳（1+爭兀+耳半嘰-心曲-1十其中力卡（1+罰=心(1+由（2-6）可以看出，如果計算機控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T,一旦確定A、B、C,只要使用前后三次測量的偏差值，就可以由（2-6）求出控制量。增量式PID控制算法與位置式PID算法（2-4）相比，計算量小得多，因此在實際中得到廣泛的應用。位置式PID控制算法也可以通過

21、增量式控制算法推出遞推計算公式：叫二叫一1+化（2-7）（2-7）就是目前在計算機控制中廣泛應用的數(shù)字遞推PID控制算法。自動控制算法的學習筆記（PID控制）待續(xù)2009-04-2811:13最近被逼無奈要搞ROBOCUP的路徑規(guī)劃，在控制上遇到這個經(jīng)典的算法，故總結(jié)了書上以及網(wǎng)上的資料.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)算法的基礎(chǔ)。為什么PID應用如此廣泛、又長久不衰？因為PID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、快速性和準確性。調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，可實現(xiàn)在系

22、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，系統(tǒng)增加了一個零積點，使之成為一階或一階以上的系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)階躍響應的穩(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?shù)穆闊貏e是對初學者。下面簡單介紹一下調(diào)試PID參數(shù)的一般步驟：1. 負反饋自動控制理論也被稱為負反饋控制理論。首先檢查系統(tǒng)接線，確定系統(tǒng)的反饋為負反饋。例如電機調(diào)速系統(tǒng)，輸入信號為正，要求電機正轉(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

23、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的積分項和微分項，一般是令Ti=O、Td=0（具體見PID的參數(shù)設定說明），使PID為純比例調(diào)節(jié)。輸入設定為系統(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,設定PID的比例增益P為當前值的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，設定一個較大的積分時間常數(shù)Ti的初值，然后逐

24、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,設定PID的積分時間常數(shù)Ti為當前值的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一般不用設定，為0即可。若要設定，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。智能控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。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

25、統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)、輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機構(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)品已在工程實際中得到了廣泛的應用，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（intelligentregulator），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、自適應算法來

26、實現(xiàn)。有利用PID控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC),還有可實現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等?？删幊炭刂破?PLC)是利用其閉環(huán)控制模塊來實現(xiàn)PID控制，而可編程控制器(PLC)可以直接與ControlNet相連，如Rockwell的PLC-5等。還有可以實現(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)絡來實現(xiàn)其遠程控制功能。1、開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loopcontrolsystem)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

27、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-loopcontrolsystem)的特點是系統(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)有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負反饋(NegativeFeedback)，若極性相同，貝V稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當反饋，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

28、統(tǒng)。另例，當一臺真正的全自動洗衣機具有能連續(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、階躍響應階躍響應是指將一個階躍輸入(stepfunction)加到系統(tǒng)上時，系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應進入穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實際輸出之差?？刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準、快三個字來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性stability)，個系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應上看應該是收斂的；準是指控制系統(tǒng)的準確性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(Steady-stateerror)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)響應的快速性，通常用上升時間來定量描述

29、。4、PID控制的原理和特點在工程實際中，應用最為廣泛的調(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，這時應用PID控制技術(shù)最為方便。即當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

30、分、微分計算出控制量進行控制的。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。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-stateerror）。比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應系統(tǒng)的偏差,系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差,比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大,可以加快調(diào)節(jié),減少誤差,但是過大的比例,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降,甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。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)（SystemwithSteady-stateEr

31、ror）。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。積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差,提高無差度。因為有誤差,積分調(diào)節(jié)就進行,直至無差,積分調(diào)節(jié)停止,積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強弱取決與積分時間常數(shù)Ti,Ti越小,積分作用就越強。反之Ti大則積分作用弱,加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID

32、調(diào)節(jié)器。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該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，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，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)

33、。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。微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率,具有預見性,能預見偏差變化的趨勢,因此能產(chǎn)生超前的控制作用,在偏差還沒有形成之前,已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此,可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適情況下,可以減少超調(diào),減少調(diào)節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用,因此過強的加微分調(diào)節(jié),對系統(tǒng)抗干擾不利。此外,微分反應的是變化率,而當輸入沒有變化時,微分作用輸出為零。微分作用不能單獨使用,需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。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

34、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，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需

35、要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預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。4. PID常用口訣：

36、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)量不會低很多兄弟姐妹來問關(guān)于PID控制器的情況，偶就結(jié)合自己的理解，盡可能淺顯的講述一下PID控制的概念和如何設計一個簡單的PID控制器的設計。其目的就是有興趣朋友們可以跟這個設計一個簡單的PID控制器所謂的控制首先分有反饋控制和無反饋控制，我們當然討論的PID當然是有反饋控制了。所謂的有反饋控制無非是要根

37、據(jù)被控量的情況參與運算來決定操縱量的大小或者方向，那么到底如何根據(jù)被控兩來決定操縱量的大小呢，唉，這就有很多分類了，所謂的高級的控制方式也就是“高級”在這個節(jié)骨眼上，有什么“自適應控制、模糊控制、預測控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、專家智能控制”等等（至于到底這些控制方式有什么優(yōu)點，唉，我只用過PID,別的也說不清楚，去抄書的話也沒有說服力，關(guān)鍵是也懶的去抄。那位老弟如果要作論文，可以在這里發(fā)揮一下，資料到處都是）。但是就目前而言，在工業(yè)控制領(lǐng)域尤其是控制系統(tǒng)的底層，PID控制算法仍然獨霸鰲頭，占領(lǐng)著80%左右的市場份額，當然，這里所說的PID控制算法不是俠義上的固定PID,現(xiàn)在不是講究多學科融合嗎？人們

38、在PID控制規(guī)律中吸取了其他“高級”的控制規(guī)律的優(yōu)點，出現(xiàn)了諸多的新穎的控制器如自校正PID、專家自適應PID、預估PID、模糊PID、神經(jīng)網(wǎng)絡PID、非線性PID等新型PID控制器。至于所謂的變種的PID算法如什么“遇限削弱微分”微分先行，積分分離“bangbang+PID”等等，已經(jīng)不算是什么高級的控制方式了作控制器的廠商大多都會或多等等或少的采取一些，至于是神經(jīng)網(wǎng)絡PID,模糊PID,自適應PID是如何實現(xiàn)的，我所知道的就是利用對應的控制算法，適時的調(diào)節(jié)PID的參數(shù)。還是舉個例子吧。傳統(tǒng)PID的算法公式是：/U(n)=Kpe(n)-e(n-l)+Kie(n)+Kde(n)-2e(n-l)+e(n-2)U(n)=/U(n)+U(n-1)e(n),e(n-1),e(n-2)就是歷史上的三個設定值跟過程值之間的偏差了。這是一個增量式的PID算式(如果有誰不明白什么式增量是算式，呵呵，可能以后會提到，偶的寫作水平有限，不會組織內(nèi)容，再說我是想到哪，寫道哪,呵呵，見涼)。所謂的新型PID控制器，就是根據(jù)e(n)的不同，利用那些先進的控制規(guī)律來適當?shù)恼{(diào)整Kp,Ki,Ke。至于怎么調(diào)整，呵呵，這就太羅嗦了，也不是這篇內(nèi)容所該介紹的，(關(guān)鍵是我也不太清楚，呵呵，見笑)，需要這些功能的大俠應該是我的前輩，還請指教喲。好了，現(xiàn)在正式介紹一下所