點擊關注，必有收獲!

感謝百度,本文由百度搜索，百度百科得到。

在過程控制中，按偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)進行控制的PID控制器(亦稱PID調節器)是應用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易于實現，適用面廣，控制參數相互獨立，參數的選定比較簡單等優點；而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象──“一階滯后+純滯后”與“二階滯后+純滯后”的控制對象，PID控制器是一種最優控制。PID調節規律是連續系統動態品質校正的一種有效方法，它的參數整定方式簡便，結構改變靈活(PI、PD、…)。?[1]

一、簡介

PID即：Proportional(比例)、Integral(積分)、Differential(微分)的縮寫。顧名思義，PID控制算法是結合比例、積分和微分三種環節于一體的控制算法，它是連續系統中技術最為成熟、應用最為廣泛的一種控制算法，該控制算法出現于20世紀30至40年代，適用于對被控對象模型了解不清楚的場合。實際運行的經驗和理論的分析都表明，運用這種控制規律對許多工業過程進行控制時，都能得到比較滿意的效果。PID控制的實質就是根據輸入的偏差值，按照比例、積分、微分的函數關系進行運算，運算結果用以控制輸出。^?[2]?

在工業過程中，連續控制系統的理想PID控制規律為：^?[2]?

式中，Kp——比例增益，Kp與比例度成倒數關系；^?[2]?

T_t——積分時間常數；^?[2]?

T_D——微分時間常數；^?[2]?

u(t)——PID控制器的輸出信號；^?[2]?

e(t)——給定值r(t)與測量值之差。^?[2]?

二、PID控制原理

閉環控制是根據控制對象輸出反饋來進行校正的控制方式，它是在測量出實際與計劃發生偏差時，按定額或標準來進行糾正的。比如控制一個電機的轉速，就得有一個測量轉速的傳感器，并將結果反饋到控制路線上。提到閉環控制算法，不得不提PID，它是閉環控制算法中最簡單的一種。PID是比例 (Proportion) 積分 ,(Integral) 微分 ,(Differentialcoefficient) 的縮寫，分別代表了三種控制算法。通過這三個算法的組合可有效地糾正被控制對象的偏差，從而使其達到一個穩定的狀態。^?[3]?

2.1比例

圖1

成比例地反映控制系統的偏差信號，偏差一旦產生，立即產生控制作用以減小偏差。比例控制器的輸出u(t)與輸入偏差e(t)成正比，能迅速反映偏差，從而減小偏差，但不能消除靜差。靜差是指系統控制過程趨于穩定時，給定值與輸出量的實測值之差。偏差存在，才能使控制器維持一定的控制量輸出，因此比例控制器必然存在著靜差。由偏差理論知，增大疋雖然可以減小偏差，但不能徹底消除偏差。比例控制作用的大小除與偏差e(t)有關之外，還取決于比例系數Kp的大小。比例系數Kp越小，控制作用越小，系統響應越慢；反之，比例系數Kp越大，控制作用也越強，則系統響應越快。但是，Kp過大會使系統產生較大的超調和振蕩，導致系統的穩定性能變差。因此，不能將Kp選取過大，應根據被控對象的特性來折中選取Kp，使系統的靜差控制在允許的范圍內，同時又具有較快的響應速度。^?[4]?

2.2積分

圖2

積分環節的作用，主要用于消除靜差提高系統的無差度。積分作用的強弱，取決于積分時間常數Ti，Ti越大積分作用越弱，反之則越強。積分控制作用的存在與偏差e(t)的存在時間有關，只要系統存在著偏差，積分環節就會不斷起作用，對輸入偏差進行積分，使控制器的輸出及執行器的開度不斷變化，產生控制作用以減小偏差。在積分時間足夠的情況下，可以完全消除靜差，這時積分控制作用將維持不變。Ti越小，積分速度越快，積分作用越強。積分作用太強會使系統超調加大，甚至使系統出現振蕩。^?[4]?

2.3微分

圖3

微分環節的作用能反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統的動作速度，減小調節時間。積分控制作用的引入雖然可以消除靜差，但是降低了系統的響應速度，特別是對于具有較大慣性的被控對象，用PI控制器很難得到很好的動態調節品質，系統會產生較大的超調和振蕩，這時可以引入微分作用。在偏差剛出現或變化的瞬間，不僅根據偏差量作出及時反應(即比例控制作用)，還可以根據偏差量的變化趨勢(速度)提前給出較大的控制作用(即微分控制作用)，將偏差消滅在萌芽狀態，這樣可以大大減小系統的動態偏差和調節時間，使系統的動態調節品質得以改善。微分環節有助于系統減小超調，克服振蕩，加快系統的響應速度，減小調節時間，從而改善了系統的動態性能，但微分時間常數過大，會使系統出現不穩定。微分控制作用一個很大的缺陷是容易引入高頻噪聲，所有在干擾信號比較嚴重的流量控制系統中不宜引入微分控制作用。^?[4]?

微分控制作用的階躍響應特性對于一個恒定的偏差量，不管其數值有多大，微分控制作用均為零。因此，微分作用不能消除靜差，單獨使用意義不大，一般需要與比例、積分控制作用配合使用，構成PD或PID控制。^?[4]?

對于PID控制，在控制偏差輸入為階躍信號時，立即產生比例和微分控制中作用。由于在偏差輸入的瞬時，變化率非常大，微分控制作用很強，此后微分控制作用迅速衰減，但積分作用越來越大，直至最終消除靜差。PID控制綜合了比例、積分、微分3種作用，既能加快系統響應速度、減小振蕩、克服超調，亦能有效消除靜差，系統的靜態和動態品質得到很大改善，因而PID控制器在工業控制中得到了最為廣泛的應用。^?[4]?

三、PID參數調節

在整定PID控制器參數時，可以根據控制器的參數與系統動態性能和穩態性能之間的定性關系，用實驗的方法來調節控制器的參數。有經驗的調試人員一般可以較快地得到較為滿意的調試結果。在調試中最重要的問題是在系統性能不能令人滿意時，知道應該調節哪一個參數，該參數應該增大還是減小。^?[4]?

為了減少需要整定的參數，首先可以采用PI控制器。為了保證系統的安全，在調試開始時應設置比較保守的參數，例如比例系數不要太大，積分時間不要太小，以避免出現系統不穩定或超調量過大的異常情況。給出一個階躍給定信號，根據被控量的輸出波形可以獲得系統性能的信息，例如超調量和調節時間。應根據PID參數與系統性能的關系，反復調節PID的參數。^?[4]?

如果階躍響應的超調量太大，經過多次振蕩才能穩定或者根本不穩定，應減小比例系數、增大積分時間。如果階躍響應沒有超調量，但是被控量上升過于緩慢，過渡過程時間太長，應按相反的方向調整參數。如果消除誤差的速度較慢，可以適當減小積分時間，增強積分作用。^?[4]?

反復調節比例系數和積分時間，如果超調量仍然較大，可以加入微分控制，微分時間從0逐漸增大，反復調節控制器的比例、積分和微分部分的參數。^?[4]?

總之，PID參數的調試是一個綜合的、各參數互相影響的過程，實際調試過程中的多次嘗試是非常重要的，也是必須的。常用的控制方式：P,PI,PD,PID控制算法。^?[4]

·????????1.??劉教瑜，舒軍主編；甘月紅，謝長君副主編．單片機原理及應用(第2版)：武漢理工大學出版社，2014.08：第192頁

·????????2.??張燕紅主編；鄭仲橋，張永春副主編．計算機控制技術第2版：東南大學出版社，2014.02：第79頁

·????????3.??徐偉, 肖寶弟. 基于CMAC-PID算法的列車控制仿真[C]// 中國控制與決策會議. 2013.

·????????4.??趙寶明著．智能控制系統工程的實踐與創新：科學技術文獻出版社，2014.11：第184頁

掃碼關注，

必有收獲! 2020

免責申明：公眾號部分文章及文章中的圖片系轉載，已知出處的文中已注明。如有侵權，請您后臺留言，本號將及時處理。

點擊閱讀原文，瀏覽更多歷史文章。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的增量式pid调节方式有何优点_PID控制算法的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。