如何調(diào)節(jié)PID控制器參數(shù)?PID控制器有哪些作用?

常規(guī)PID控制器是一種線性控制器，PID可通過比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進(jìn)行控制。為增進(jìn)大家對PID的認(rèn)識，本文將對PID控制器參數(shù)調(diào)節(jié)以及PID控制器的作用予以介紹。如果你對PID具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、PID控制器參數(shù)調(diào)節(jié)

PID控制器由比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)、微分調(diào)節(jié)三部分組成。比例調(diào)節(jié)根據(jù)偏差的大小調(diào)節(jié)輸出，積分調(diào)節(jié)根據(jù)偏差進(jìn)行積分累計(jì)來調(diào)節(jié)輸出，微分調(diào)節(jié)根據(jù)偏差的微分來調(diào)節(jié)輸出。PI控制器的表達(dá)式為：u(t) = Kp*e(t) + Ki*∫e(t) dt+Kd*de(t)/dt

對于一個控制系統(tǒng)，我們期望的響應(yīng)結(jié)果是穩(wěn)(系統(tǒng)穩(wěn)定不震蕩不發(fā)散)、快(系統(tǒng)響應(yīng)快速)、準(zhǔn)(系統(tǒng)靜態(tài)誤差小)。對PID控制器的調(diào)節(jié)結(jié)果評價也是如此。

比例系數(shù)Kp：

三個參數(shù)中的絕對主力，不可或缺。Kp增大可以加快系統(tǒng)響應(yīng)，減小靜差，但系統(tǒng)超調(diào)量會加大，穩(wěn)定性變差。比例控制是一種立即控制，只要有偏差，就立即輸出控制量。大部分系統(tǒng)只需要P控制即可實(shí)現(xiàn)基本的穩(wěn)快準(zhǔn)需求。

積分系數(shù)Ki：

三個參數(shù)中的一般主力，用于消除靜差、Ki減小可以降低超調(diào)量，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強(qiáng)。積分控制是一種修復(fù)控制，只要有偏差，就會逐漸去往消除偏差的方向去控制。

微分系數(shù)Kd：

三個參數(shù)中的預(yù)備人員，一般不用，在反饋量噪聲比較大時可能會使系統(tǒng)震蕩。Kd增大可以加快系統(tǒng)響應(yīng)，減小超調(diào)量，適用于遲滯系統(tǒng)或無阻尼系統(tǒng)。微分控制是一種提前控制，以偏差的變化率為基準(zhǔn)進(jìn)行控制。

基本調(diào)試方法：先比例(從中間到兩邊)、后積分(從0到大)、再微分(從0到大)。

二、PID控制器作用

1、比例調(diào)節(jié)作用

是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

2、積分調(diào)節(jié)作用

是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強(qiáng)。

反之Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。

3、微分調(diào)節(jié)作用

微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。

微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒有變化時，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。

PID控制是一種常用的控制算法，可以用來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出值，使其達(dá)到預(yù)期值，并保持在穩(wěn)定狀態(tài)下。PID控制的主要作用包括以下幾個方面：

提高控制精度：PID控制算法可以根據(jù)實(shí)際輸出值與預(yù)期輸出值之間的誤差信號，及時調(diào)整控制輸出值，從而實(shí)現(xiàn)對控制精度的提高。

適應(yīng)性強(qiáng)：PID控制器具有自適應(yīng)性，能夠根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)自動調(diào)整控制參數(shù)，適應(yīng)不同的工況要求。

快速響應(yīng)：PID控制器的響應(yīng)速度很快，能夠?qū)崿F(xiàn)快速控制響應(yīng)，適用于需要快速調(diào)節(jié)的控制場合。

穩(wěn)定性好：PID控制器可以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，即使在外界干擾或者系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化的情況下，也能夠保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

易于實(shí)現(xiàn)：PID控制器算法簡單，易于實(shí)現(xiàn)，可應(yīng)用于多種控制場合，如溫度控制、速度控制、位置控制等。

綜上所述，PID控制器在自動化控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值，可用于提高控制精度、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定控制和快速響應(yīng)等多種控制要求。

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