过程控制——PID

任务

第一次听到PID还要回溯到大一懵懂时参加的智能车大赛,学长的讲解觉得能够理解,当然在例程已经完整给出、又对编程一窍不通的情况下,并没有亲自应用过这种思想。

比赛培训学长经验

比例(P)是最基本的控制,简单,可靠,但很难达到很好的性能
积分(I)可以提高控制精度,但容易引入延迟,造成控制迟钝
微分(D)可以提高灵敏度,但容易引入噪声,导致震荡
转向控制用PD,速度控制用PI

而今准备智能制造大赛的工业自动化线上赛项,需要对流程自动化方向进行学习,再次感到PID是控制算法的灵魂,慢慢学习积累中,整理学习资料于此。

PID基本知识

视频学习

CIMC-IMQ 【流程行业自动化】学习小组(2018)——SFC&PID讲解 讲解PID部分:0-15′

公式

理想的模拟式PID控制算法为:

[latexpage]
\begin{equation}
u(t)=K_{c}(e(t)+\frac{1}{T_{I}}\int e(t) dt+T_{D}\frac{de(t)}{dt})
\end{equation}

PID控制器可以调整的参数是KC、TI、TD。适当选取这三个参数
的数值,可以获得较好的控制质量。

Proportion比例

  • 1.Kc接近于0时,控制器的输出u不受输入偏差e的影响,相当于控制系统不工作
  • 2.Kc很大时,只要有一个很小的输入偏差e出现,就会使控制器输出u发生很大的变化
  • 3.Kc由小到大变化,系统将由稳定向振荡发展
  • 4.比例调节是有差调节,比例调节的余差随着比例增益的增大而减小有差,成倍变化,余差
  • 5.比例增益越大,意味着执行机构(调节阀、挡板等)的动作幅度较大,被调节变量的变化较为剧烈
  • 6.比例调节可以单独使用,也可以和其它调节动作结合成PI、PD或PID调节动作

Integral积分

  • 1.积分凋节将输入偏差e按时间进行累积,偏差存在输出就增大,直到消除偏差为止
  • 2.Ki趋向于0时,积分作用消除
  • 3.Ki很大时,积分作用强烈,消除余差的能力强,但容易引起振荡
  • 4积分调节是无差调节。只有当偏差e为0时,积分调节器的输出才会保持不变
  • 5.积分速度越大,执行机构的动作越快,越容易引起和加剧振荡
  • 6.积分调节可以单独使用,但调节的过程很慢。通常,积分调节和其它调节动作结合成PI或PID调节动作

Derivative微分

  • 1.微分调节的输出与输入偏差e的变化速度成正比,e变化越大,微分调节的输出越大
  • 2.Kd为0时,微分作用消除
  • 3.微分调节总是力图抑制被调量的振荡
  • 4.微分调节只能起到辅助的调节作用,可以与其它调节动作结合成PD或PID调节动作

小结

  1. 积分控制规律主要用于消除余差;
  2. 微分控制规律主要用于改善动态特性;
  3. 比例控制规律为调节器的主体;
  4. 实际调节器设有P、I、D功能,适当组合,
    分别可得P、PI、PD及PID调节规律。当TI置于无穷大时,
    积分作用消失,当 Td =0 时,微分作用消失

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