PID算法讲解

一、PID控制系统简介PID控制是一种利用系统偏差（期望值与实际值偏差），通过比例、积分、微分三种控制方法计算输出量的闭环控制。特别适用于系统参数不完全了解的系统或者控制对象。一、PID控制系统简介阶跃响应是指将一个阶跃输入加到系统上时，系统的输出。而稳态误差是指系统的响应进入稳态后，系统的期望与实际值之间的差值。控制系统的性能可以从稳、准、快三个方面来描述。“稳”从阶跃响应上体现，应该是收敛的。“准”指的是控制精度，应该体现在稳态误差上。“快”：从加入阶跃输入到系统进入稳态之间的时间来描述。01()u(t)()()tpDIdetKetetdtTTdt0u(k)()()()(1)kpIDjKekKejKekek线性控制器数字PID控制器u(k)++()(2)(1)(2)pIDpDDKKKekKKekKek△（）一、PID控制系统简介1.比例控制（P）控制器的输出量U(t)与输出信号的偏差e(t)成正比关系，即U(t)=KP×e(t),KP——比例系数。系统中工作时，输出的U(t)会使偏差向减小的方向变化，偏差减小的速度与KP基本成正比关系，若KP过大则容易使系统产生震荡，太小则系统进入稳态所需的时间太长，单纯的比例控制无法消除稳态误差，故需要加入积分环节，消除系统的稳态误差。一、PID控制系统简介2.积分控制（I）积分控制的作用是消除系统的稳态误差。实质就是对偏差累积进行控制，其效果与偏差和偏差持续的时间有关。即使在偏差很小时，积分项也会随着时间的增加而增加，推动输出量增大使系统的稳态误差减小。TI——积分时间t0()()PIKUtetdtT一、PID控制系统简介3.微分控制（D）自动控制系统在克服偏差的调节过程中，由于控制对象存在较大的惯性或振荡组件，即控制量输出后，期望产生的变化存在滞后。微分项的作用为预测偏差变化的趋势，与偏差变化的速度成正比，能在偏差信号出现前就起到修正偏差的作用。TI——积分时间提高系统响应速度，减小超调量，降低了稳定性。()()PDdetUtKTdt一、PID控制系统简介二、PID控制参数整定1.临界灵敏度法已知系统的临界比例系数KC和震荡周期Tc时,可用经验整定公式来确定PID控制器的参数。特征参数KC和Tc可由系统整定实验获得。0.60.50.125PCICDCKKTTTT二、PID控制参数整定2.ZIEGLER-Nichols设定方法已知系统的临界比例系数KC和震荡周期Tc时,可用经验整定公式来确定PID控制器的参数。特征参数KC和Tc可由系统整定实验获得。将受控对象按照一阶惯性加纯滞后环节来表示，其传递函数为。(s)/(s1)sGKeT二、PID控制参数整定2.ZIEGLER-Nichols设定方法1.220.5PIDTKKTT三、LabVIEW中使用PID算法=+output目标开度上次开度