自动控制学习笔记(PID控制原理).doc
《自动控制学习笔记(PID控制原理).doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《自动控制学习笔记(PID控制原理).doc(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、PID控制原理PID算法是最早发展起来的控制策略之一,由于其算法简单、鲁棒性(系统抵御各种扰动因素包括系统内部结构、参数的不确定性,系统外部的各种干扰等的能力)好及可靠性高而被广泛地应用于过程控制和运动控制中。尤其是随着计算机技术的发展,数字PID控制被广泛地加以应用,不同的PID控制算法其控制效果也各有不同。将偏差的比例(Proportion)、积分(Integral)和微分(Differential)通过线性组合构成控制量,用这一控制量对被控对象进行控制,这样的控制器称PID控制器。 模拟PID控制原理 在模拟控制系统中,控制器最常用的控制规律是PID控制。常规的模拟PID控制系统原理框图
2、如图所示。 被控对象微分积分比例+r(t)+e(t)+u(t) y(t)-+ 模拟PID控制系统原理图该系统由模拟PID控制器和被控对象组成。图中, r(t)是给定值, y(t)是系统的实际输出值,给定值与实际输出值构成控制偏差e(t) (te) = r(t) y(t) (式11) e (t)作为PID控制的输入,u(t)作为PID控制器的输出和被控对象的输入。所以模拟PID控制器的控制规律为 u(t) =Kp e(t) +1Ti0tetdt+Tdde(t)dt (式12) 其中:Kp 控制器的比例系数 Ti 控制器的积分时间,也称积分系数 Td 控制器的微分时间,也称微分系数 1、比例部分
3、比例部分的数学式表示是:Kp*e(t)在模拟PID控制器中,比例环节的作用是对偏差瞬间作出反应。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用,使控制量向减少偏差的方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数Kp,比例系数Kp越大,控制作用越强,则过渡过程越快,控制过程的静态偏差也就越小;但是Kp越大,也越容易产生振荡,破坏系统的稳定性。故而,比例系数Kp选择必须恰当,才能过渡时间少,静差小而又稳定的效果。 2、 积分部分 积分部分的数学式表示是: KpTi0tet 从积分部分的数学表达式可以知道,只要存在偏差,则它的控制作用就不断的增加;只有在偏差e(t)=0时,它的积分才能是一个常数,控制作用才是一个不会增
4、加的常数。可见,积分部分可以消除系统的偏差。积分环节的调节作用虽然会消除静态误差,但也会降低系统的响应速度,增加系统的超调量。积分常数Ti越大,积分的积累作用越弱,这时系统在过渡时不会产生振荡;但是增大积分常数会减慢静态误差的消除过程,消除偏差所需的时间也较长,但可以减少超调量,提高系统的稳定性。当Ti较小时,则积分的作用较强,这时系统过渡时间中有可能产生振荡,不过消除偏差所需的时间较短。所以必须根据实际控制的具体要求来确定Ti。3、 微分部分 微分部分的数学式表示是:Kp*Tdde(t)dt实际的控制系统除了希望消除静态误差外,还要求加快调节过程。在偏差出现的瞬间,或在偏差变化的瞬间,不但要
5、对偏差量做出立即响应(比例环节的作用),而且要根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正。为了实现这一作用,可在PI控制器的基础上加入微分环节,形成PID控制器。 微分环节的作用使阻止偏差的变化。它是根据偏差的变化趋势(变化速度)进行控制。偏差变化的越快,微分控制器的输出就越大,并能在偏差值变大之前进行修正。微分作用的引入,将有助于减小超调量,克服振荡,使系统趋于稳定,特别对髙阶系统非常有利,它加快了系统的跟踪速度。但微分的作用对输入信号的噪声很敏感,对那些噪声较大的系统一般不用微分,或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波。 微分部分的作用由微分时间常数Td决定。Td越大时,则它抑制偏差e(t)变化
6、的作用越强;Td越小时,则它反抗偏差e(t)变化的作用越弱。微分部分显然对系统稳定有很大的作用。 适当地选择微分常数Td,可以使微分作用达到最优。数字式PID控制算法可以分为位置式PID和增量式PID控制算法。 1.位置式PID算法 由于计算机控制是一种采样控制,它只能根据采样时刻的偏差计算控制量,而不能像模拟控制那样连续输出控制量量,进行连续控制。由于这一特点(式12)中的积分项和微分项不能直接使用,必须进行离散化处理。离散化处理的方法为:以T作为采样周期,作为采样序号,则离散采样时间对应着连续时间,用矩形法数值积分近似代替积分,用一阶后向差分近似代替微分,可作如下近似变换: t=kT (k
7、=0,1,2) 0tetdtTTTij=0kejT=Tj=0kej de(t)dtekT-ek-1TT=ek-ek-1T上式中,为了表示的方便,将类似于e(kT)简化成ek等。 将上式代入(式12),就可以得到离散的PID表达式为uk=kpek+TTij=0kej+Tdek-ek-1T (式22)或uk=kpek+kij=0kej+kdek-ek-1 (式23)其中 k 采样序号,k0,1,2,; uk 第k次采样时刻的计算机输出值; ek 第k次采样时刻输入的偏差值; ek-1 第k1次采样时刻输入的偏差值; ki积分系数,ki=kpTTi; kd微分系数,kd=kpTdT; 如果采样周期足
8、够小,则(式22)或(式23)的近似计算可以获得足够精确的结果,离散控制过程与连续过程十分接近。(式22)或(式23)表示的控制算法式直接按(式12)所给出的PID控制规律定义进行计算的,所以它给出了全部控制量的大小,因此被称为全量式或位置式PID控制算法。这种算法的缺点是:由于全量输出,所以每次输出均与过去状态有关,计算时要对ek进行累加,工作量大;并且,因为计算机输出的uk对应的是执行机构的实际位置,如果计算机出现故障,输出的uk将大幅度变化,会引起执行机构的大幅度变化,有可能因此造成严重的生产事故,这在实生产际中是不允许的。2.增量式PID算法 所谓增量式PID是指数字控制器的输出只是控
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 自动控制 学习 笔记 PID 控制 原理
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【天****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【天****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。