PID控制器如何調(diào)諧?PID控制器發(fā)展史了解嗎?

控制器" target="_blank">PID控制器將是下述內(nèi)容的主要介紹對(duì)象，通過(guò)這篇文章，小編希望大家可以對(duì)PID控制器的相關(guān)情況以及信息有所認(rèn)識(shí)和了解，詳細(xì)內(nèi)容如下。

一、 PID的發(fā)展史

首先，我們來(lái)簡(jiǎn)單了解一下PID的發(fā)展史。

PID控制理念最早提出是在1932年，出生于瑞典后移民美國(guó)的物理學(xué)家哈利奈奎斯特(H Nyquist)，在他的一篇論文當(dāng)中提出了采用圖形的方法來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在他的基礎(chǔ)上，荷蘭裔科學(xué)家亨伯德(H W Bode)(對(duì)就你想的那個(gè)“伯德圖/波特圖”創(chuàng)始人)等人建立了一整套在頻域范圍設(shè)計(jì)反饋放大器的方法，后被用于自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，這也是PID算法最早從書(shū)面走向?qū)嵺`。

與此同時(shí)，反饋控制原理開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程中。1936年英國(guó)的考倫德(A Callender)和斯蒂文森(A Stevenson)等人給出了 PID控制器的方法，自此PID算法正式形成了，并且后來(lái)在自動(dòng)控制技術(shù)中占有非常重要的地位。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的PID大多是軟件控制的，結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。時(shí)至今日，大至武器、飛機(jī)、汽車(chē)、輪船，小至家電、手機(jī)導(dǎo)航、IOT設(shè)備、玩具等，凡具有 “自動(dòng)控制”功能的產(chǎn)品，無(wú)一不采用到PID算法或改進(jìn)的PID算法。例如手機(jī)導(dǎo)航靠PID算法準(zhǔn)確分析運(yùn)動(dòng)狀態(tài);無(wú)人機(jī)靠PID算法穩(wěn)定飛行姿態(tài)。就是類(lèi)似于這種——需要將某一個(gè)物理量“保持穩(wěn)定”的場(chǎng)合(比如維持平衡，穩(wěn)定溫度、轉(zhuǎn)速等)，PID都會(huì)派上大用場(chǎng)。

二、PID控制器的調(diào)諧方法

通過(guò)上面的介紹，想必大家對(duì)PID控制器的發(fā)展史有了簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)。在這部分，我們主要來(lái)了解一下PID控制器的調(diào)諧方法。

PID 控制器是一個(gè)在工業(yè)控制應(yīng)用中常見(jiàn)的反饋回路部件。這個(gè)控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個(gè)參考值進(jìn)行比較，然后把這個(gè)差別用于計(jì)算新的輸入值，這個(gè)新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達(dá)到或者保持在參考值。和其他簡(jiǎn)單的控制運(yùn)算不同，PID控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來(lái)調(diào)整輸入值，這樣可以使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定?？梢酝ㄟ^(guò)數(shù)學(xué)的方法證明，在其他控制方法導(dǎo)致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過(guò)程反復(fù)的情況下，一個(gè)PID反饋回路卻可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。

在進(jìn)行PID控制器工作之前，必須對(duì)其進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)要控制的過(guò)程的動(dòng)態(tài)。設(shè)計(jì)者給出P，I和D項(xiàng)的默認(rèn)值，這些值不能給出期望的性能，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定性和緩慢的控制性能。開(kāi)發(fā)了不同類(lèi)型的調(diào)節(jié)方法來(lái)調(diào)節(jié)PID控制器，并且需要操作人員的大量關(guān)注以選擇比例，積分和微分增益的最佳值。其中一些在下面給出。

試驗(yàn)和錯(cuò)誤方法：這是一種簡(jiǎn)單的PID控制器調(diào)整方法。當(dāng)系統(tǒng)或控制器正在工作時(shí)，我們可以調(diào)整控制器。在這種方法中，首先我們必須將Ki和Kd值設(shè)置為零，并增加比例項(xiàng)(Kp)，直到系統(tǒng)達(dá)到振蕩行為。一旦振蕩，調(diào)整Ki(積分項(xiàng))，使振蕩停止，最后調(diào)整D以獲得快速響應(yīng)。

過(guò)程反應(yīng)曲線技術(shù)：這是一種開(kāi)環(huán)調(diào)整技術(shù)。當(dāng)步驟輸入應(yīng)用于系統(tǒng)時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)。最初，我們必須手動(dòng)將一些控制輸出應(yīng)用于系統(tǒng)，并且必須記錄響應(yīng)曲線。

之后，我們需要計(jì)算曲線的斜率，死區(qū)時(shí)間，上升時(shí)間，最后用P，I和D方程代替這些值，得到PID項(xiàng)的增益值。

Zeigler-Nichols方法： Zeigler-Nichols提出了用于調(diào)節(jié)PID控制器的閉環(huán)方法。這些是連續(xù)循環(huán)法和阻尼振蕩法。這兩種方法的程序是相同的，但振蕩行為是不同的。在這里，首先我們必須設(shè)置p-控制器常數(shù)Kp為特定值，而Ki和Kd值為零。比例增益增加，直到系統(tǒng)以恒定幅度振蕩。

系統(tǒng)產(chǎn)生恒定振蕩的增益稱(chēng)為最終增益(Ku)，振蕩周期稱(chēng)為極限周期(Pc)。一旦達(dá)到，我們就可以通過(guò)Zeigler-Nichols表在PID控制器中輸入P，I和D的值，取決于像P，PI或PID這樣的控制器。

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