PID特征曲線講解

目錄純比例作用趨勢(shì)圖的特征分析01純積分作用趨勢(shì)圖的特征分析02純微分作用趨勢(shì)圖的特征分析03PID特征曲線分析應(yīng)用04前言第一頁(yè)第二頁(yè)，共19頁(yè)。

通過(guò)收集PID相關(guān)參數(shù)趨勢(shì)圖，對(duì)其進(jìn)行物理意義定性分析，通過(guò)識(shí)別趨勢(shì)圖中比例、積分、微分的基本曲線特征，就可以輕松進(jìn)行PID參數(shù)整定。前言第二頁(yè)第三頁(yè)，共19頁(yè)。PARTONE純比例作用趨勢(shì)圖的特征分析第三頁(yè)第四頁(yè)，共19頁(yè)。純比例作用趨勢(shì)圖的特征分析

比例作用，就是把調(diào)節(jié)器的輸入偏差乘以一個(gè)系數(shù)，作為調(diào)節(jié)器的輸出。當(dāng)設(shè)定值不變的時(shí)候，調(diào)節(jié)器的輸出只與被調(diào)量的波動(dòng)有關(guān)，概念性公式如下：

輸出波動(dòng)=被調(diào)量波動(dòng)×比例增益第四頁(yè)第五頁(yè)，共19頁(yè)。純比例作用趨勢(shì)圖的特征分析

通過(guò)概念性公式，我們可以得到如下5個(gè)輸出曲線和被調(diào)量曲線的推論：1、對(duì)于正作用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，被調(diào)量和調(diào)節(jié)器輸出頂點(diǎn)、谷底均發(fā)生在同一時(shí)刻。2、對(duì)于負(fù)作用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，被調(diào)量的頂點(diǎn)就是輸出的谷底，谷底就是輸出的頂點(diǎn)。3、對(duì)于正作用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，被調(diào)量的曲線上升，輸出曲線就上升；被調(diào)量曲線下降，輸出曲線就下降。兩者趨勢(shì)完全一樣。4、對(duì)于負(fù)作用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，被調(diào)量曲線和輸出曲線相反。5、波動(dòng)周期完全一致。5、只要被調(diào)量變化，輸出就變化；被調(diào)量不變化，不管靜態(tài)偏差有多大，輸出也不會(huì)變化。第五頁(yè)第六頁(yè)，共19頁(yè)。純比例作用趨勢(shì)圖的特征分析

假設(shè)被調(diào)量偏高時(shí)，調(diào)門應(yīng)關(guān)小，即PID為反作用。在定值有一階躍擾動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)器輸入偏差為－△e。此時(shí)Tout也應(yīng)有一階躍量△e·（1/δ），然后被調(diào)量不變。經(jīng)過(guò)一個(gè)滯后期t2，被調(diào)量開(kāi)始響應(yīng)Tout。因?yàn)楸徽{(diào)量增加，Tout也開(kāi)始降低。一直到t4時(shí)刻，被調(diào)量開(kāi)始回復(fù)時(shí)，Tout才開(kāi)始升高。兩曲線雖然波動(dòng)相反，但是圖形如果反轉(zhuǎn)，就可以看出是相似形。第六頁(yè)第七頁(yè)，共19頁(yè)。PARTTWO純積分作用趨勢(shì)圖的特征分析第七頁(yè)第八頁(yè)，共19頁(yè)。純積分作用趨勢(shì)圖的特征分析

積分相當(dāng)于一個(gè)斜率發(fā)生器。啟動(dòng)這個(gè)發(fā)生器的前提是調(diào)節(jié)器的輸如偏差不等于零，斜率的大小與兩個(gè)參數(shù)有關(guān)：輸入偏差的大小、積分時(shí)間。如果調(diào)節(jié)器的輸如偏差不等于零，調(diào)節(jié)器的輸出將按照一定的速度朝一個(gè)方向累加。為了分析方便，把積分作用剝離開(kāi)來(lái)，進(jìn)行純積分作用分析。第八頁(yè)第九頁(yè)，共19頁(yè)。純積分作用趨勢(shì)圖的特征分析單純積分作用的特性總結(jié)如下：1、輸出的升降與被調(diào)量的升降無(wú)關(guān)，與輸入偏差的正負(fù)有關(guān)。2、輸出的升降與被調(diào)量的大小無(wú)關(guān)。3、輸出的斜率與被調(diào)量的大小有關(guān)。4、被調(diào)量不管怎么變化，輸出始終不會(huì)出現(xiàn)節(jié)躍擾動(dòng)。5、被調(diào)量達(dá)到頂點(diǎn)，輸出的變化趨勢(shì)不變，速率開(kāi)始減緩。6、輸出曲線達(dá)到頂點(diǎn)的時(shí)候，必然是輸入偏差等于零的時(shí)候。積分作用下，輸入偏差變化的響應(yīng)曲線與比例作用有很大的不同。假設(shè)被調(diào)量偏高時(shí)調(diào)門應(yīng)關(guān)小，在定值有一個(gè)階躍擾動(dòng)時(shí)，輸出不會(huì)作階躍變化，而是以較高的速率開(kāi)始升高。第九頁(yè)第十頁(yè)，共19頁(yè)。純積分作用趨勢(shì)圖的特征分析

在t1到t2的時(shí)間內(nèi)，因?yàn)楸徽{(diào)量不變，即輸入偏差不變，所以輸出以不變的速率上升，即呈線性上升。調(diào)節(jié)器的輸出緩慢改變，導(dǎo)致被調(diào)量逐漸受到影響而改變。在t2時(shí)刻，被調(diào)量開(kāi)始變化時(shí)，輸入偏差逐漸減小，輸出的速率開(kāi)始降低。到t3時(shí)刻，偏差為0時(shí)，輸出不變，輸出曲線為水平。然后偏差開(kāi)始為正時(shí)，輸出才開(kāi)始降低。到t4時(shí)刻，被調(diào)量達(dá)到頂點(diǎn)開(kāi)始回復(fù)，但是因偏差仍舊為正，故輸出繼續(xù)降低只是速率開(kāi)始減緩。直到t5時(shí)刻，偏差為0時(shí)，輸出才重新升高。第十頁(yè)第十一頁(yè)，共19頁(yè)。PARTTHREE純微分作用趨勢(shì)圖的特征分析第十一頁(yè)第十二頁(yè)，共19頁(yè)。純微分作用趨勢(shì)圖的特征分析D就是微分作用。單純的微分作用是不存在的，為了理解的方便把微分作用單獨(dú)隔離出來(lái)進(jìn)行分析。一句話簡(jiǎn)述：被調(diào)量不動(dòng)，輸出不動(dòng)；被調(diào)量一動(dòng)，輸出馬上跳。第十二頁(yè)第十三頁(yè)，共19頁(yè)。純微分作用趨勢(shì)圖的特征分析

根據(jù)微分作用的特點(diǎn)，可以得出如下曲線的推論：1、微分作用與被調(diào)量的大小無(wú)關(guān)，與被調(diào)量的變化速率有關(guān)；2、與被調(diào)量的正負(fù)無(wú)關(guān)，與被調(diào)量的變化趨勢(shì)有關(guān)；3、如果被調(diào)量有一個(gè)階躍，就相當(dāng)于輸入變化的速度無(wú)窮大，那么輸出會(huì)直接到最小或者最大；4、微分參數(shù)有的是一個(gè)，用微分時(shí)間表示。有的分為兩個(gè)，即微分增益和微分時(shí)間。微分增益表示輸出波動(dòng)的幅度，波動(dòng)后還要輸出回歸，微分時(shí)間表示回歸的快慢。5、波動(dòng)調(diào)節(jié)之后，輸出還會(huì)自動(dòng)拐回頭。第十三頁(yè)第十四頁(yè)，共19頁(yè)。PARTFOURPID特征曲線分析應(yīng)用第十四頁(yè)第十五頁(yè)，共19頁(yè)。PID特征曲線分析應(yīng)用

比例積分微分三個(gè)作用各有各的特點(diǎn)。比例作用：輸出與輸入曲線相似。

積分作用：只要輸入有偏差輸出就變化。微分作用：輸入有抖動(dòng)輸出才變化，且會(huì)猛變化。徹底搞清楚PID的特征曲線分析后，我們?cè)侔裀ID組合起來(lái)進(jìn)行分析。

初學(xué)的困難，就是難以區(qū)分波動(dòng)曲線中，哪些因素是比例作用造成的，哪些因素是積分作用造成的。下面我們將通過(guò)PI和PID特征曲線進(jìn)行分析第十五頁(yè)第十六頁(yè)，共19頁(yè)。PID特征曲線分析應(yīng)用

定值有階躍擾動(dòng)時(shí)，比例作用使輸出曲線Tout同時(shí)有一個(gè)階躍擾動(dòng)，同時(shí)積分作用使Tout開(kāi)始繼續(xù)增大。只要比例作用不是無(wú)窮大，或是積分作用不為零，從t2時(shí)刻開(kāi)始，總要有一段時(shí)間是積分作用強(qiáng)于比例作用，使得Tout繼續(xù)升高。然后持平（t3時(shí)刻），然后降低。在被調(diào)量升到頂峰的t5時(shí)刻，同理，比例作用使Tout也達(dá)到頂點(diǎn)（負(fù)向），而積分作用使得最終Tout的頂點(diǎn)向后延時(shí)（t6時(shí)刻）。從上面的分析可以看出：判斷t6時(shí)刻的先后，或者說(shuō)t6距離t5的時(shí)間，是判斷積分作用強(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn)。第十六頁(yè)第十七頁(yè)，共19頁(yè)。PID特征曲線分析應(yīng)用

增加微分功能后，調(diào)節(jié)曲線更復(fù)雜點(diǎn)，也更難理解點(diǎn)。真正掌握比例積分微分作用的特征曲線分析，將為PID參數(shù)整定問(wèn)題奠定良好的基礎(chǔ)。T6時(shí)刻是個(gè)關(guān)鍵的時(shí)刻。此時(shí)被調(diào)量的變化開(kāi)始變緩慢，微分時(shí)間使得系統(tǒng)回調(diào)收縮。微分時(shí)間越短，T6時(shí)刻越靠前，足夠短的