模擬電路設(shè)計(jì)之PID控制策略

PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單，魯棒性好和可靠性高，被廣泛用于工業(yè)控制當(dāng)中。常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如下，該系統(tǒng)由模擬PID控制器以及被控對象組成。

PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值y(t)構(gòu)成控制偏差：e(t)=r(t)-y(t)

將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。其控制規(guī)律為：

式中：Kc - 比例系數(shù);TI - 積分時(shí)間常數(shù);TD - 微分時(shí)間常數(shù)。

一：PID 控制特點(diǎn)

原理簡單，使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)：可以廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)控制領(lǐng)域，魯棒性強(qiáng)：即其控制品質(zhì)對被控對象特征的變化不大敏感。

二：PID比例環(huán)節(jié)

P調(diào)節(jié)對偏差信號e(t)能夠及時(shí)作出反應(yīng)，無任何絲毫的滯后。輸出u實(shí)際上是對起始值的增量，因此，當(dāng)偏差e(t)為0時(shí)，u=0，并不意味著調(diào)節(jié)器沒有輸出，只說明此時(shí)u=u0。u0的大小是可以通過調(diào)整調(diào)節(jié)器的工作點(diǎn)加以改變的。簡單來說，對于比例環(huán)節(jié)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器就會(huì)立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。

三：積分環(huán)節(jié)

I調(diào)節(jié)器的輸出不僅與偏差信號的大小有關(guān)，還與偏差存在的時(shí)間長短有關(guān)。只要偏差存在，調(diào)節(jié)器的輸出就會(huì)不斷變化，直到偏差為零，調(diào)節(jié)器的輸出才穩(wěn)定下來不再變化。所以積分調(diào)節(jié)作用能自動(dòng)消除余差。注意I調(diào)節(jié)的輸出不像P調(diào)節(jié)那樣隨偏差為零而變到零。

積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)就是無差調(diào)節(jié)，只要偏差不為零，控制輸出就不為零，它就要?jiǎng)幼鞯桨驯徽{(diào)量的靜差完全消除為止。而一旦被調(diào)量偏差e為零，積分調(diào)節(jié)器的輸出就保持不變。積分調(diào)節(jié)具有滯后性質(zhì)，對于同一個(gè)被控對象，I調(diào)節(jié)比P調(diào)節(jié)進(jìn)行得要緩慢，除非積分速度無窮大，否則I調(diào)節(jié)就不能像P調(diào)節(jié)那樣及時(shí)對偏差加以響應(yīng)，而是滯后于偏差的變化，它的滯后性使其難以對干擾進(jìn)行及時(shí)控制。

所以在工業(yè)控制中，積分環(huán)節(jié)通常和其他控制策略一起使用。簡單來講，積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)TI，TI越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。