基礎知識:全麵講解PID控製器的從始至終
發布時間:2015-01-24 責任編輯:echolady
【導讀】在工業控製中,PID控製器是應用中較為常見的反饋回路部件。PID控製器是應用近百年的控製器,在工業控製器中可以說是應用最為廣泛的。本文就詳細介紹PID控製器的工作原理及常用口訣。
1.PID常用口訣:
參(can)數(shu)整(zheng)定(ding)找(zhao)最(zui)佳(jia),從(cong)小(xiao)到(dao)大(da)順(shun)序(xu)查(zha),先(xian)是(shi)比(bi)例(li)後(hou)積(ji)分(fen),最(zui)後(hou)再(zai)把(ba)微(wei)分(fen)加(jia),曲(qu)線(xian)振(zhen)蕩(dang)很(hen)頻(pin)繁(fan),比(bi)例(li)度(du)盤(pan)要(yao)放(fang)大(da),曲(qu)線(xian)漂(piao)浮(fu)繞(rao)大(da)灣(wan),比(bi)例(li)度(du)盤(pan)往(wang)小(xiao)扳(ban),曲(qu)線(xian)偏(pian)離(li)回(hui)複(fu)慢(man),積(ji)分(fen)時(shi)間(jian)往(wang)下(xia)降(jiang),曲(qu)線(xian)波(bo)動(dong)周(zhou)期(qi)長(chang),積(ji)分(fen)時(shi)間(jian)再(zai)加(jia)長(chang),曲(qu)線(xian)振(zhen)蕩(dang)頻(pin)率(lv)快(kuai),先(xian)把(ba)微(wei)分(fen)降(jiang)下(xia)來(lai),動(dong)差(cha)大(da)來(lai)波(bo)動(dong)慢(man),微(wei)分(fen)時(shi)間(jian)應(ying)加(jia)長(chang),理(li)想(xiang)曲(qu)線(xian)兩(liang)個(ge)波(bo),前(qian)高(gao)後(hou)低(di)4比1,一看二調多分析,調節質量不會低
2.PID控製器參數的工程整定
各種調節係統中P.I.D參數經驗數據以下可參照:
溫度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s
壓力P: P=30~70%,T=24~180s,
液位L: P=20~80%,T=60~300s,
流量L: P=40~100%,T=6~60s。
3.PID控製的原理和特點
在工程實際中,應用最為廣泛的調節器控製規律為比例、積分、微分控製,簡稱PID控製,又稱PID調節。PID控製器問世至今已有近70年曆史,它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調(tiao)整(zheng)方(fang)便(bian)而(er)成(cheng)為(wei)工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)的(de)主(zhu)要(yao)技(ji)術(shu)之(zhi)一(yi)。當(dang)被(bei)控(kong)對(dui)象(xiang)的(de)結(jie)構(gou)和(he)參(can)數(shu)不(bu)能(neng)完(wan)全(quan)掌(zhang)握(wo),或(huo)得(de)不(bu)到(dao)精(jing)確(que)的(de)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)時(shi),控(kong)製(zhi)理(li)論(lun)的(de)其(qi)它(ta)技(ji)術(shu)難(nan)以(yi)采(cai)用(yong)時(shi),係(xi)統(tong)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)結(jie)構(gou)和(he)參(can)數(shu)必(bi)須(xu)依(yi)靠(kao)經(jing)驗(yan)和(he)現(xian)場(chang)調(tiao)試(shi)來(lai)確(que)定(ding),這(zhe)時(shi)應(ying)用(yong)PID控製技術最為方便。即當我們不完全了解一個係統和被控對象,或不能通過有效的測量手段來獲得係統參數時,最適合用PID控製技術。PID控製,實際中也有PI和PD控製。PID控製器就是根據係統的誤差,利用比例、積分、微分計算出控製量進行控製的。
比例(P)控製
比例控製是一種最簡單的控製方式。其控製器的輸出與輸入誤差信號成比例關係。當僅有比例控製時係統輸出存在穩態誤差(Steady-state error)。
積分(I)控製
在(zai)積(ji)分(fen)控(kong)製(zhi)中(zhong),控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)與(yu)輸(shu)入(ru)誤(wu)差(cha)信(xin)號(hao)的(de)積(ji)分(fen)成(cheng)正(zheng)比(bi)關(guan)係(xi)。對(dui)一(yi)個(ge)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong),如(ru)果(guo)在(zai)進(jin)入(ru)穩(wen)態(tai)後(hou)存(cun)在(zai)穩(wen)態(tai)誤(wu)差(cha),則(ze)稱(cheng)這(zhe)個(ge)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)是(shi)有(you)穩(wen)態(tai)誤(wu)差(cha)的(de)或(huo)簡(jian)稱(cheng)有(you)差(cha)係(xi)統(tong)(System with Steady-state Error)。為了消除穩態誤差,在控製器中必須引入“積分項”。積ji分fen項xiang對dui誤wu差cha取qu決jue於yu時shi間jian的de積ji分fen,隨sui著zhe時shi間jian的de增zeng加jia,積ji分fen項xiang會hui增zeng大da。這zhe樣yang,即ji便bian誤wu差cha很hen小xiao,積ji分fen項xiang也ye會hui隨sui著zhe時shi間jian的de增zeng加jia而er加jia大da,它ta推tui動dong控kong製zhi器qi的de輸shu出chu增zeng大da使shi穩wen態tai誤wu差cha進jin一yi步bu減jian小xiao,直zhi到dao等deng於yu零ling。因yin此ci,比bi例li+積分(PI)控製器,可以使係統在進入穩態後無穩態誤差。
微分(D)控製
在微分控製中,控製器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關係。 自動控製係統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是由於存在有較大慣性組件(環節)或有滯後(delay)組件,具有抑製誤差的作用,其變化總是落後於誤差的變化。解決的辦法是使抑製誤差的作用的變化“超前”,即在誤差接近零時,抑製誤差的作用就應該是零。這就是說,在控製器中僅引入“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(wei)分(fen)的(de)控(kong)製(zhi)器(qi),就(jiu)能(neng)夠(gou)提(ti)前(qian)使(shi)抑(yi)製(zhi)誤(wu)差(cha)的(de)控(kong)製(zhi)作(zuo)用(yong)等(deng)於(yu)零(ling),甚(shen)至(zhi)為(wei)負(fu)值(zhi),從(cong)而(er)避(bi)免(mian)了(le)被(bei)控(kong)量(liang)的(de)嚴(yan)重(zhong)超(chao)調(tiao)。所(suo)以(yi)對(dui)有(you)較(jiao)大(da)慣(guan)性(xing)或(huo)滯(zhi)後(hou)的(de)被(bei)控(kong)對(dui)象(xiang),比(bi)例(li)+微分(PD)控製器能改善係統在調節過程中的動態特性。
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