《ID控制基础》PPT课件.ppt

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1、PID控制基础来自：程振中 时间：PID控制的来源及优势PID算法表达式各个环节的作用实例：转速反馈控制直流调速系统的 Simulink仿真主要内容：PID控制的来源及优势我们知道一个控制系统包括控制器传感器、执行机构、输入输出接口。控制对象：压力、温度、流量、液位等。执行机构：如泵、阀、风机等。控制器：PLC、单片机 不同的控制对象有相应不同的传感器。PID控制的来源及优势如果控制器是用PID控制算法来实现控制被控对象的系统，则称为PID控制系统。PID控制器执行机构对象变传器图1 PID控制系统模型PID控制的来源及优势n上世纪20年代，Minorsky在对船舶自动导航的研究中，提出了基于

2、输出反馈的设计方法，到了上世纪40年代PID控制器已在过程控制中得到了广泛的应用，据不完全统计，在工业过程控制，航空航天控制领域中，PID控制的应用占80%以上。图2 近30年PID文章发表统计PID控制的来源及优势nPID控制器问世至今已经研究的很成熟了，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，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和参数必须依靠

3、经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。PID控制原理控制原理-PID控制器控制器+ruey +e(t)=r(t)-y(t)-Kped各个环节的作用 PID控制包括三个环节：比例、积分、微分环节，对应的参数分别为P、Ti、Td，这三个环节在控制系统中起到不同的作用。比例控制的作用比例控制的作用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。比例控制作用能及时成比例的反应控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用以减少偏差。l作用：对当前时刻的偏差信号对当前时刻的偏差信号e(t)进行放大或衰减，控进行放大或衰减，控 制作用的强弱取决于比例系数；

4、制作用的强弱取决于比例系数；l特点：Kp增加能使控制精度提高增加能使控制精度提高，但，但Kp过过大大y(t)可能会可能会 引起系统振荡使稳定性变差引起系统振荡使稳定性变差。l缺点：不能消除静态误差。不能消除静态误差。积分控制的作用积分控制的作用 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分在积分控制中，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或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必为了消除稳态误差，

5、在控制器中必须引入须引入“积分项积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很随着时间的增加，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。器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。l作用：通过对误差累积的作用影响控制量，并通过系通过对误差累积的作用影响控制量，并通过系 统的负反馈作用减小偏差；统的负反馈作用减小偏差；l特点：特点：与与e(t)存在全部时段有关，只要有足够的时间存在全部时段有关，只要

6、有足够的时间,积分控制将能够积分控制将能够消除稳态误差。消除稳态误差。l缺点：缺点：不能不能及时及时地克服扰动的影响地克服扰动的影响。（慢慢的调慢慢的调）微分控制的作用微分控制的作用 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分分（即误差的变化率）成正比关系（即误差的变化率）成正比关系，而与偏差的大小无，而与偏差的大小无关。微分控制作用能反应偏差信号的变化趋势，并能关。微分控制作用能反应偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节早

7、期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。时间。l特点：特点：反应反应e(t)变化的速度，在偏差刚刚出现时产生变化的速度，在偏差刚刚出现时产生 很大的控制作用，很大的控制作用，具有超前控制作用具有超前控制作用；l作用：作用：有助于减小有助于减小 超调和调整时间，超调和调整时间，改善系统的动态改善系统的动态 品质品质;l缺点：缺点：不能消除系统的不能消除系统的稳态误差稳态误差；对；对高频噪声比较敏感。高频噪声比较敏感。转速反馈控制直流调速系统的转速反馈控制直流调速系统的 Simulink仿真仿真比例控制的直流调速系统的仿真模型比例控制的直流调速系统的仿真模型Gain=2比例积分控制的比例积分控制的无静差无静差直流调速系统的仿真模型直流调速系统的仿真模型 谢谢大家