PID控制器的工作原理是什么?PID控制作用有哪些?

PID控制器，由比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D 組成，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。為增進(jìn)大家對(duì)PID的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)PID工作原理、特點(diǎn)以及PID控制作用予以介紹。如果你對(duì)PID具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、PID的工作原理和特點(diǎn)

在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID調(diào)節(jié)。

PID的應(yīng)用和使用以及如何調(diào)整皮德看起來(lái)又高又帥，但事實(shí)上，我們都對(duì)他的外表感到震驚。我先被別人愚弄，然后被公式愚弄。因?yàn)榇蠖鄶?shù)人都不會(huì)忘記高數(shù)字，當(dāng)我再次查看公式時(shí)，我嚇?biāo)懒恕Ｔ诶斫饬朔浅Ｄw淺的原理之后，結(jié)果公式不被理解，含義也不被理解。因此，它最終不是徹底的。我會(huì)先分析公式，理解公式。我將結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)上的一些PID示例來(lái)理解它。

首先，應(yīng)簡(jiǎn)單消除PID三個(gè)系數(shù)的含義，同時(shí)防止自遺忘。P是比例系數(shù)，I是積分系數(shù)，D是微分系數(shù)。

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)裝置的溫度、壓力、流量、液位等過(guò)程變量，往往需要保持在一定的值或按一定的規(guī)律改變，以滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程的要求。PID控制器是根據(jù)PID控制原理調(diào)整整個(gè)控制系統(tǒng)的偏差，使被控變量的實(shí)際值與工藝要求的預(yù)定值一致。不同的控制規(guī)律適用于不同的生產(chǎn)過(guò)程，必須合理選擇相應(yīng)的控制規(guī)律，否則PID控制器無(wú)法達(dá)到預(yù)期的控制效果。

PID控制器(比例-積分-微分控制器)，由比例單位P、積分單位I和微分單位d組成，通過(guò)設(shè)置Kp、Ki和Kd三個(gè)參數(shù)。PID控制器主要適用于基本線(xiàn)性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。PID控制器是工業(yè)控制中常用的一種反饋回路元件?？刂破鲗⑹占降臄?shù)據(jù)與一個(gè)參考值進(jìn)行比較，并使用這個(gè)差值來(lái)計(jì)算一個(gè)新的輸入值，目的是使系統(tǒng)數(shù)據(jù)保持在參考值或參考值上。不同于其他簡(jiǎn)單的控制操作，PID控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差值率調(diào)整輸入值，使系統(tǒng)更加精確和穩(wěn)定。從數(shù)學(xué)上證明，當(dāng)其他控制方法導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)定性誤差或過(guò)程重復(fù)時(shí)，PID反饋回路能夠保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

二、PID控制作用是什么

1、PID(比例-積分-微分)控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有50多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。

2、PID控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。

3、 PID控制器由比例單元(P)、積分單元(I)和微分單元(D)組成。

4、其輸入e (t)與輸出u (t)的關(guān)系為 因此它的傳遞函數(shù)為： 它由于用途廣泛、使用靈活，已有系列化產(chǎn)品，使用中只需設(shè)定三個(gè)參數(shù)(Kp， Ki和Kd)即可。

5、在很多情況下，并不一定需要全部三個(gè)單元，可以取其中的一到兩個(gè)單元，但比例控制單元是必不可少的。

6、 首先，PID應(yīng)用范圍廣。

7、雖然很多工業(yè)過(guò)程是非線(xiàn)性或時(shí)變的，但通過(guò)對(duì)其簡(jiǎn)化可以變成基本線(xiàn)性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，這樣PID就可控制了。

8、 其次，PID參數(shù)較易整定。

9、也就是，PID參數(shù)Kp，Ki和Kd可以根據(jù)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性及時(shí)整定。

10、如果過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定。

11、 第三，PID控制器在實(shí)踐中也不斷的得到改進(jìn)，下面兩個(gè)改進(jìn)的例子。

12、 在工廠(chǎng)，總是能看到許多回路都處于手動(dòng)狀態(tài)，原因是很難讓過(guò)程在“自動(dòng)”模式下平穩(wěn)工作。

13、由于這些不足，采用PID的工業(yè)控制系統(tǒng)總是受產(chǎn)品質(zhì)量、安全、產(chǎn)量和能源浪費(fèi)等問(wèn)題的困擾。

14、PID參數(shù)自整定就是為了處理PID參數(shù)整定這個(gè)問(wèn)題而產(chǎn)生的。

15、現(xiàn)在，自動(dòng)整定或自身整定的PID控制器已是商業(yè)單回路控制器和分散控制系統(tǒng)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

16、 在一些情況下針對(duì)特定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的PID控制器控制得很好，但它們?nèi)源嬖谝恍﹩?wèn)題需要解決： 如果自整定要以模型為基礎(chǔ)，為了PID參數(shù)的重新整定在線(xiàn)尋找和保持好過(guò)程模型是較難的。

17、閉環(huán)工作時(shí)，要求在過(guò)程中插入一個(gè)測(cè)試信號(hào)。

18、這個(gè)方法會(huì)引起擾動(dòng)，所以基于模型的PID參數(shù)自整定在工業(yè)應(yīng)用不是太好。

19、 如果自整定是基于控制律的，經(jīng)常難以把由負(fù)載干擾引起的影響和過(guò)程動(dòng)態(tài)特性變化引起的影響區(qū)分開(kāi)來(lái)，因此受到干擾的影響控制器會(huì)產(chǎn)生超調(diào)，產(chǎn)生一個(gè)不必要的自適應(yīng)轉(zhuǎn)換。

20、另外，由于基于控制律的系統(tǒng)沒(méi)有成熟的穩(wěn)定性分析方法，參數(shù)整定可靠與否存在很多問(wèn)題。

21、 因此，許多自身整定參數(shù)的PID控制器經(jīng)常工作在自動(dòng)整定模式而不是連續(xù)的自身整定模式。

22、自動(dòng)整定通常是指根據(jù)開(kāi)環(huán)狀態(tài)確定的簡(jiǎn)單過(guò)程模型自動(dòng)計(jì)算PID參數(shù)。

23、 PID在控制非線(xiàn)性、時(shí)變、耦合及參數(shù)和結(jié)構(gòu)不確定的復(fù)雜過(guò)程時(shí)，工作地不是太好。

24、最重要的是，如果PID控制器不能控制復(fù)雜過(guò)程，無(wú)論怎么調(diào)參數(shù)都沒(méi)用。

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