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1、PID控制的原理和方法比例积分微分一、PID控制的原理和特点nPID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。n适用情况：当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。二、控制简介控制原则：稳、准、快基本控制类型：开环控制、闭环控制tyr0比例控制对象积分微分u+检测元器件eyr_n比例（P）控制 n比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态
2、误差（Steady-state error）。n注意:比例系数Kp的作用是加快系统的响应速度,提高系统的调节精度.Kp越大,系统的响应速度越快,系统的调节精度越高,但易产生超调,甚至会使系统不稳定.Kp取值过小,则会降低调节的精度,使响应速度过慢,从而延长调节时间,使系统静态和动态特性变坏.n积分（I）控制 n在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间
3、的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。n注意:积分系统Ki的作用是消除系统的稳态误差.Ki越大,系统的静态误差消除越快,但Ki过大,在响应过程的初期会产生饱和现象,从而引起响应过程的较大超调,若Ki过小,将使静态误差难以消除,影响系统的调节精度.n微分（D）控制 n在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性
4、组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。n微分作用Kd的作用是改善系统的动态特性,其作用主要是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变
5、化,对偏差变化进行提前预报.但Kd过大,会使响应提前制动,从而延长调节时间,而且会降低系统的抗干扰性能.三、PID调试一般原则na.在输出不振荡时，增大比例增益Kp。nb.在输出不振荡时，减小积分时间常数Ki。nc.在输出不振荡时，增大微分时间常数Kd。四、一般步骤a.确定比例增益Kp n确定比例增益Kp时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ki=0、Kd=0（具体见PID的参数设定说明），使PID为纯比例调节。输入设定为系统允许的最大值的60%70%，由0逐渐加大比例增益Kp，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益Kp逐渐减小，直至系统振荡消失，记录此时的比例增益Kp，设定PID
6、的比例增益Kp为当前值的60%70%。比例增益Kp调试完成。nb.确定积分时间常数ki n比例增益Kp确定后，设定一个较大的积分时间常数ki的初值，然后逐渐减小ki，直至系统出现振荡，之后在反过来，逐渐加大ki，直至系统振荡消失。记录此时的ki，设定PID的积分时间常数ki为当前值的150%180%。积分时间常数ki调试完成。nc.确定微分时间常数Kd n微分时间常数Kd一般不用设定，为0即可。若要设定，与确定 Kp和Ki的方法相同，取不振荡时的30%。nd.系统空载、带载联调，再对PID参数进行微调，直至满足要求。NBNM NSZOPSPMP BNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBP
7、MPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNM NMPSPSPSZONSNSNM NMPMPSZONSNM NM NM NBPBZOZONM NM NM NBNBKpeeKp的控制规则NBNM NSZOPSPMPMNBNBNBNM NM NSZOZONMNBNBNM NSNSZOZONSNBNM NSNSZOPSPSZONM NM NSZOPSPMPMPSNM NSZOPSPSPMPMPMZOZOPSPSPMPBPBPBZOZOPSPMPMPBPBKieeKi的控制规则NBNM NSZOPSPMPMNBPSNSNBNBNBNM PSNMPSNSNBNM NM NSZONSZONSNM NM NSNSZOZOZONSNSNSNSNSZOPSZOZOZOZOZOZOZOPMPBNSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPMPSPSPBKdeeKd的控制规则ter0