PID控制的原理和方法課件

一、PID控制的原理和特點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。適用情況：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(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。一、PID控制的原理和特點PID控制器問世至今已有近70年歷1二、控制簡介控制原則：穩(wěn)、準、快基本控制類型：開環(huán)控制、閉環(huán)控制二、控制簡介控制原則：穩(wěn)、準、快2tyr0tyr03比例控制對象積分微分u+++檢測元器件eyr_比例控制對象積分微分u+++檢測元器件eyr_4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）。注意:比例系數(shù)Kp的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度,提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度.Kp越大,系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快,系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高,但易產(chǎn)生超調(diào),甚至會使系統(tǒng)不穩(wěn)定.Kp取值過小,則會降低調(diào)節(jié)的精度,使響應(yīng)速度過慢,從而延長調(diào)節(jié)時間,使系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)特性變壞.比例（P）控制5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-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。積分（I）控制6注意:積分系統(tǒng)Ki的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差.Ki越大,系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快,但Ki過大,在響應(yīng)過程的初期會產(chǎn)生飽和現(xiàn)象,從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào),若Ki過小,將使靜態(tài)誤差難以消除,影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度.注意:積分系統(tǒng)Ki的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差.Ki越大,系7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(yīng)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。微分（D）控制8微分作用Kd的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)特性,其作用主要是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化,對偏差變化進行提前預報.但Kd過大,會使響應(yīng)提前制動,從而延長調(diào)節(jié)時間,而且會降低系統(tǒng)的抗干擾性能.微分作用Kd的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)特性,其作用主要是在響應(yīng)過9三、PID調(diào)試一般原則a.在輸出不振蕩時，增大比例增益Kp

。b.在輸出不振蕩時，減小積分時間常數(shù)Ki。c.在輸出不振蕩時，增大微分時間常數(shù)Kd。三、PID調(diào)試一般原則10四、一般步驟a.確定比例增益Kp

確定比例增益Kp時，首先去掉PID的積分項和微分項，一般是令Ki=0、Kd=0（具體見PID的參數(shù)設(shè)定說明），使PID為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的60%~70%，由0逐漸加大比例增益Kp

，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時的比例增益Kp逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時的比例增益Kp

，設(shè)定PID的比例增益Kp為當前值的60%~70%。比例增益Kp調(diào)試完成。四、一般步驟a.確定比例增益Kp11b.確定積分時間常數(shù)ki

比例增益Kp確定后，設(shè)定一個較大的積分時間常數(shù)ki的初值，然后逐漸減小ki

，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過來，逐漸加大ki

，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時的ki

，設(shè)定PID的積分時間常數(shù)ki為當前值的150%~180%。積分時間常數(shù)ki調(diào)試完成。b.確定積分時間常數(shù)ki12c.確定微分時間常數(shù)Kd微分時間常數(shù)Kd一般不用設(shè)定，為0即可。若要設(shè)定，與確定Kp和Ki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。c.確定微分時間常數(shù)Kd13PID控制的原理和方法課件14NBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNMNMNMNBPBZOZONMNMNMNBNBKp△eeKp的控制規(guī)則NBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZ15NBNMNSZOPSPMPMNBNBNBNMNMNSZOZONMNBNBNMNSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSNMNSZOPSPSPMPMPMZOZOPSPSPMPBPBPBZOZOPSPMPMPBPBKi△eeKi的控制規(guī)則NBNMNSZOPSPMPMNBNBNBNMNMNSZOZO16NBNMNSZOPSPMPMNBPSNSNBNBNBNMPSNMPSNSNBNMNMNSZONSZONSNMNMNSNSZOZOZONSNSNSNSNSZOPSZOZOZOZOZOZOZOPMPBNSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPMPSPSPBKd△eeKd的控制規(guī)則NBNMNSZOPSPMPMNBPSNSNBNBNBNMPS17ter0ter018PID控制的原理和方法課件19PID控制的原理和方法課件20一、PID控制的原理和特點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。適用情況：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(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。一、PID控制的原理和特點PID控制器問世至今已有近70年歷21二、控制簡介控制原則：穩(wěn)、準、快基本控制類型：開環(huán)控制、閉環(huán)控制二、控制簡介控制原則：穩(wěn)、準、快22tyr0tyr023比例控制對象積分微分u+++檢測元器件eyr_比例控制對象積分微分u+++檢測元器件eyr_24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）。注意:比例系數(shù)Kp的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度,提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度.Kp越大,系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快,系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高,但易產(chǎn)生超調(diào),甚至會使系統(tǒng)不穩(wěn)定.Kp取值過小,則會降低調(diào)節(jié)的精度,使響應(yīng)速度過慢,從而延長調(diào)節(jié)時間,使系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)特性變壞.比例（P）控制25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-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。積分（I）控制26注意:積分系統(tǒng)Ki的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差.Ki越大,系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快,但Ki過大,在響應(yīng)過程的初期會產(chǎn)生飽和現(xiàn)象,從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào),若Ki過小,將使靜態(tài)誤差難以消除,影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度.注意:積分系統(tǒng)Ki的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差.Ki越大,系27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(yīng)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。微分（D）控制28微分作用Kd的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)特性,其作用主要是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化,對偏差變化進行提前預報.但Kd過大,會使響應(yīng)提前制動,從而延長調(diào)節(jié)時間,而且會降低系統(tǒng)的抗干擾性能.微分作用Kd的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)特性,其作用主要是在響應(yīng)過29三、PID調(diào)試一般原則a.在輸出不振蕩時，增大比例增益Kp

。b.在輸出不振蕩時，減小積分時間常數(shù)Ki。c.在輸出不振蕩時，增大微分時間常數(shù)Kd。三、PID調(diào)試一般原則30四、一般步驟a.確定比例增益Kp

確定比例增益Kp時，首先去掉PID的積分項和微分項，一般是令Ki=0、Kd=0（具體見PID的參數(shù)設(shè)定說明），使PID為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的60%~70%，由0逐漸加大比例增益Kp

，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時的比例增益Kp逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時的比例增益Kp

，設(shè)定PID的比例增益Kp為當前值的60%~70%。比例增益Kp調(diào)試完成。四、一般步驟a.確定比例增益Kp31b.確定積分時間常數(shù)ki

比例增益Kp確定后，設(shè)定一個較大的積分時間常數(shù)ki的初值，然后逐漸減小ki

，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過來，逐漸加大ki

，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時的ki

，設(shè)定PID的積分時間常數(shù)ki為當前值的150%~180%。積分時間常數(shù)ki調(diào)試完成。b.確定積分時間常數(shù)ki32c.確定微分時間常數(shù)Kd微分時間常數(shù)Kd一般不用設(shè)定，為0即可。若要設(shè)定，與確定Kp和Ki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。c.確定微分時間常數(shù)Kd33PID控制的原理和方法課件34NBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNM