PID控制器(比例-積分-微分控制器),由比例單元(P)、積分單元(I)和微分單元(D)組成。
可以通過調(diào)整這三個單元的增益Kp,Ki和Kd來調(diào)定其特性,PID控制器主要適用于基本上線性,且動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)。
之前簡單寫過一篇關(guān)于PID的文章:重溫經(jīng)典PID算法
一、基礎(chǔ)理論
PID是以它的三種糾正算法而命名。受控變數(shù)是三種算法(比例、積分、微分)相加后的結(jié)果,即為其輸出,其輸入為誤差值(設(shè)定值減去測量值后的結(jié)果)或是由誤差值衍生的信號。若定義 {displaystyle u(t)} u(t)為控制輸出,PID算法可以用下式表示:
其中
Kp:比例增益,是調(diào)適參數(shù)
Ki:積分增益,也是調(diào)適參數(shù)
Kd:微分增益,也是調(diào)適參數(shù)
e:誤差=設(shè)定值(SP)- 回授值(PV)
t:目前時間
1.比例控件
比例控制考慮當(dāng)前誤差,誤差值和一個正值的常數(shù)Kp(表示比例)相乘。
如下圖,不同比例增益Kp下,受控變數(shù)對時間的變化(Ki和Kd維持定值):
2.積分控件
積分控制考慮過去誤差,將誤差值過去一段時間和(誤差和)乘以一個正值的常數(shù)Ki。
如下圖,不同積分增益Ki下,受控變數(shù)對時間的變化(Kp和Kd維持定值):
3.微分控件
微分控制考慮將來誤差,計算誤差的一階導(dǎo),并和一個正值的常數(shù)Kd相乘。
如下圖,不同微分增益Kd下,受控變數(shù)對時間的變化(Kp和Ki維持定值):
二、參數(shù)調(diào)試
PID的參數(shù)調(diào)試是指通過調(diào)整控制參數(shù)(比例增益、積分增益/時間、微分增益/時間)讓系統(tǒng)達到最佳的控制效果。
穩(wěn)定性(不會有發(fā)散性的震蕩)是首要條件,此外,不同系統(tǒng)有不同的行為,不同的應(yīng)用其需求也不同,而且這些需求還可能會互相沖突。
PID只有三個參數(shù),在原理上容易說明,但PID參數(shù)調(diào)試是一個困難的工作,因為要符合一些特別的判據(jù),而且PID控制有其限制存在。歷史上有許多不同的PID參數(shù)調(diào)試方式,包括齊格勒-尼科爾斯方法等,其中也有一些已申請專利。
1.穩(wěn)定性若PID控制器的參數(shù)未挑選妥當(dāng),其控制器輸出可能是不穩(wěn)定的,也就是其輸出發(fā)散,過程中可能有震蕩,也可能沒有震蕩,且其輸出只受飽和或是機械損壞等原因所限制。不穩(wěn)定一般是因為過大增益造成,特別是針對延遲時間很長的系統(tǒng)。 2.最佳性能PID控制器的最佳性能可能和針對過程變化或是設(shè)定值變化有關(guān),也會隨應(yīng)用而不同。
兩個基本的需求是調(diào)整能力(regulation,干擾拒絕,使系統(tǒng)維持在設(shè)定值)及命令追隨 (設(shè)定值變化下,控制器輸出追隨設(shè)定值的反應(yīng)速度)。有關(guān)命令追隨的一些判據(jù)包括有上升時間及整定時間。有些應(yīng)用可能因為安全考量,不允許輸出超過設(shè)定值,也有些應(yīng)用要求在到達設(shè)定值過程中的能量可以最小化。
3.各調(diào)試方法對比
4.調(diào)整PID參數(shù)對系統(tǒng)的影響
-
PID算法
+關(guān)注
關(guān)注
2文章
169瀏覽量
24222 -
PID
+關(guān)注
關(guān)注
35文章
1466瀏覽量
84831 -
微分
+關(guān)注
關(guān)注
0文章
31瀏覽量
14061
發(fā)布評論請先 登錄
相關(guān)推薦
評論