pid控制器的優(yōu)缺點_pid控制器的作用

　　PID控制器成為應(yīng)用最廣泛的控制器，它具有以下優(yōu)點：

　　1）PID算法蘊涵了動態(tài)控制過程中過去、現(xiàn)在、將來的主要信息，而且其配置幾乎最優(yōu)。其中，比例（P）代表了當前的信息，起糾正偏差的作用，使過程反應(yīng)迅速。微分（D）在信號變化時有超前控制作用，代表將來的信息。在過程開始時強迫過程進行，過程結(jié)束時減小超調(diào)，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加快系統(tǒng)的過渡過程。積分（I）代表了過去積累的信息，它能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性。此3種作用配合得當，可使動態(tài)過程快速、平穩(wěn)、準確，得到良好的效果。

　　2）PID控制適應(yīng)性好，有較強的魯棒性，對各種工業(yè)場合，都可在不同的程度上應(yīng)用。特別適于“一階慣性環(huán)節(jié)+純滯后”和“二階慣性環(huán)節(jié)+純滯后”的過程控制對象。

　　3）PID算法簡單明了，各個控制參數(shù)相對較為獨立，參數(shù)的選定較為簡單，形成了完整的設(shè)計和參數(shù)調(diào)整方法，很容易為工程技術(shù)人員所掌握。

　　4）PID控制根據(jù)不同的要求，針對自身的缺陷進行了不少改進，形成了一系列改進的PID算法。例如，為了克服微分帶來的高頻干擾的濾波PID控制；為克服大偏差時出現(xiàn)飽和超調(diào)的PID積分分離控制；為補償控制對象非線性因素的可變增益PID控制等。這些改進算法在一些應(yīng)用場合取得了很好的效果。同時當今智能控制理論的發(fā)展，又形成了許多智能PID控制方法。

　　PID的缺陷，概括起來就是信號處理太簡單、未能充分發(fā)揮其優(yōu)點，具體說來，有四個方面：

　　（1）產(chǎn)生誤差的方式不太合理控制目標v在過程中可以“跳變”，但是被控對象輸出Y的變化都有慣性，不可能跳變，要求讓緩變的變量y來跟蹤能夠跳變的變量v，初始誤差很大，易引起超調(diào)，很不合理。

　　（2）誤差的微分信號的產(chǎn)生沒有太好的辦法由于微分器物理不可實現(xiàn)，只能近似實現(xiàn)，常用的近似微分器的形式為

　?。?）誤差積分反饋的引入有很多負作用在PID控制中，誤差積分反饋的作用是消除靜差，提高系統(tǒng)響應(yīng)的準確性，但同時誤差積分反饋的引入，使閉環(huán)變得遲鈍，容易產(chǎn)生振蕩，易產(chǎn)生由積分飽和引起的控制量飽和。

　?。?）線性組合不一定是最好的組合方式PID控制器給出的控制量是誤差的現(xiàn)在、過去、將來三者的線性組合。大量工程實踐表明，線性組合不一定是最好的組合方式，能否在非線性領(lǐng)域找到更合適的組合方式是值得探索的。

　　對于PID存在的這些缺陷，相應(yīng)的解決辦法是：（1）安排合適的“過渡過程”；（2）合理提取“微分——“跟蹤微分器；（3）探討“擾動估計辦法一“擴張狀態(tài)觀測器；（4）探討合適的組合方法一“非線性組合”。

　　PID控制中有P、I、D三個參數(shù)，只有明白這三個參數(shù)的含義和作用才能完成控制器PID參數(shù)整定，讓控制器到達最佳控制效果。昌暉儀表在本文給大家介紹PID控制中P、I、D參數(shù)的作用。

　　比例作用：

　　比例控制器實際上就是個放大倍數(shù)可調(diào)的放大器，即△P=Kp×e，式中Kp為比例增益，即Kp可大于1，也可小于1；e為控制器的輸入，也就是測量值與給定值之差，又稱為偏差。

　　要說明的是，對于大多數(shù)模擬控制器而言，都不采用比例增益Kp作為刻度，而是用比例度來刻度，即δ=1/Kc×100%。也就是說比例度與控制器的放大倍數(shù)的倒數(shù)成比例；控制器的比例度越小，它的放大倍數(shù)越大，偏差放大的能力越大，反之亦然。

　　明白了上述關(guān)系，就可知道比例度（即比例帶）越大，控制器的放大倍數(shù)越小，被控參數(shù)的曲線越平穩(wěn)；比例度越小，控制器的放大倍數(shù)越大，被控參數(shù)的曲線越波動。

　　比例控制有個缺點，就是會產(chǎn)生余差，要克服余差就必須引入積分作用。

　　積分作用：

　　控制器的積分作用就是為了消除自控系統(tǒng)的余差而設(shè)置的。所謂積分，就是隨時間進行累積的意思，即當有偏差輸入e存在時，積分控制器就要將偏差隨時間不斷累積起來，也就是積分累積的快慢與偏差e的大小和積分速度成正比。只要有偏差e存在，積分控制器的輸出就要改變，也就是說積分總是起作用的，只有偏差不存在時，積分才會停止。

　　對于恒定的偏差，調(diào)整積分作用的實質(zhì)就是改變控制器輸出的變化速率，這個速率是通過積分作用的輸出等于比例作用的輸出所需的一段時問來衡量的。積分時間小，表示積分速度大，積分作用就強；反之，積分時問大，則積分作用就弱。如果積分時間無窮大，表示沒有積分作用，控制器就成為純比例控制器。

　　實際上積分作用很少單獨使用，通常與比例作用一起使用，使其既具有把偏差放大（或縮小）的比例作用，又具有將偏差隨時間累積的積分作用，且其作用方向是一致的。這時控制器的輸出為：△P=Ke+△Pi，式中△P為控制器輸出值的變化；Ke為比例作用引起的輸出；△Pi為積分作用引起的輸出。

　　微分作用：

　　微分作用主要是用來克服被控對象的滯后，常用于溫度控制系統(tǒng)。除采用微分作用外，在使用控制系統(tǒng)時要注意測量傳送的滯后問題，如溫度測量元件的選擇和安裝位置等。

　　在常規(guī)PID控制器中，微分作用的輸出變化與微分時間和偏差變化的速度成比例，而與偏差的大小無關(guān)，偏差變化的速度越大，微分時間越長，則微分作用的輸出變化越大。但如果微分作用過強，則可能由于變化太快而由其自身引起振蕩，使控制器輸出中產(chǎn)生明顯的“尖峰”或“突跳”。為了避免這一擾動，在PID調(diào)節(jié)器和DCS中可使用微分先行PID運算規(guī)律，即只對測量值PV進行微分，當人工改變控制器的給定值SP時，不會造成控制器輸出的突變，避免了改變SP的瞬間給控制系統(tǒng)帶來的擾動。如TDC-3000，則在常規(guī)PID算法中增加一個軟開關(guān)，組態(tài)時供用戶選擇控制器對偏差、還是測量值進行微分。

　　當輸入階躍信號后，微分器一開始輸出的最大變化值與微分作用消失后的輸出變化的比值就是微分放大倍數(shù)Kd，即微分增益，微分増益的單位是時間，設(shè)置微分時間（或者微分增益）為零會取消微分的功能。

　　為便于記住比例、積分、微分三個作用，特抄錄三個順口溜供大家參考。

　　比例作用順口溜：

　　比例州節(jié)器，像個放大器；

　　一個偏差來，放大送出去；

　　放大是多少，旋鈕看仔細；

　　比例度旋大，放大倍數(shù)低。

　　積分作用順口溜：

　　重定調(diào)節(jié)器，累積有本領(lǐng)；

　　只要偏差在，累積不停止；

　　累積快與慢，旋鈕看仔細；

　　積分時間長，累積速度低。

　　微分作用順口溜：

　　說起微分器，一點不神秘；

　　階躍輸入來，輸出跳上去；

　　下降快與慢，旋鈕看仔細；

　　微分時間長，下降就慢些。