PID控制是指什么
2. 一看二调多分析,调节质量不会低 2.PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照: 温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s 压力P: P=30~70%,T=24~180s, 液位L: P=20~80%,T=60~300s, 流量L: P=40~100%,T=6~60s。
3.PID控制的原理和特点 在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。
PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。
PID控制,实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例(P)控制 比例控制是一种最简单的控制方式。
其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。
积分(I)控制 在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(System with Steady-state Error)。
为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。
积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。
这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。
因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分(D)控制 在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。
自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。
其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。
解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。
这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。
所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
【PID控制器】1、使用PID控制器究竟有何意义,或为什么需要在控制...
PID运算和自整定功能,支持外给定、微分先行、不完全微分等功能。
可配置为用于温度、压力、流量等参数的单回路控制方案,组成串级、比值控制系统,并能实现内外给定切换和手/自动无扰动切换。
根据控制的正反作用要求以及死区来设定实际参与运算的误差值;根据系统是否需要微分先行来决定实际参与运算的微分值;根据误差值、PID参数、微分值来进行PID控制运算;根据手自动状态、MV的上下限来调整MV的输出。
PID控制器的参数与系统所处的稳态工况有关,一旦工况改变,参数的“最佳”值随之改变。
需要适时的整定参数,为了方便使用提供参数自整定功能,通过整定可以为缺少经验的使用者提供P、I、D初值. PLC 是 Programmable Logic Controller缩写,可编程逻辑控制器,一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
是工业控制的核心部分 PLC = Programmable Logic Controller,可编程控制器
集散控制系统中采用的pid控制算法与常规模式仪表中采用的算法有什...
Smith补偿与大林算法的比较 摘要:研究了两类用于时滞系统控制的方法,即包括自整定PID控制Smith预估控制和Dahlin算法在内的经典控制方法和包括模糊控制,神经网络控制和模糊神经网络拉制在内的智能控制方法,经过比较后认为经典控制结构简单,可靠性及实用性强,而智能控制则具有自适应性和坚固性好,抗干扰能力强的优势,因而将这两种控制方法结合起来是控制时滞系统有效实用的方法,具有很好的应用前景.1引言 在工业生产过程中,具有时滞特性的控制对象是非常普遍的,例如造纸生产过程,精馏塔提馏级温度控制过程,火箭发动机燃烧室中的燃烧过程等都是典型的时滞系统.为解决纯滞后时间对系统控制性能带来的不利影响,许多学者在理论和实氏 上做了大量的研究工作,提出了很多行之有效的方法.本文主要介绍其中两类研究得比较多的控制方法,即最早在时滞系统控制中应用的几种经典控制方法和近年来受到广泛关注的智能控制方法.2经典控制 所谓经典控制方法是指针对时滞系统控制问题提出并应用得最早的控制策略,主要包括自整定PID控制,Smith预估控制,大林算法这几种方法.这些方法虽然理论上比较简单,但在实际应用中却能收到很好的控制效果,因而在工业生产实践中获得了广泛的应用.2.1自整定PID控制 PID控制器由于具有算法简单,鲁棒性好和可靠性高等特点,因而在实际控制系统设计中得到了广泛的运用,据统计PID控制是在工业过程控制中应用最为广泛的一种控制算法.PID控制的难点在于如何对控制参数进行整定,以求得到最佳控制 效果.较早用来整定PID控制器参数的方法有:Ziegler-Nichols动态特性法,Cohen-Coon响应曲线法,基于积分平方准则ISE的整定法等.但是这些方法只能在对象模型精确己知的情况下,Cui,Kunfln Zhang,Yifei实现PID参数的离线整定,当被控对象特性发生变化时,就必须重新对系统进行模型辨识.为了能在对象特性发生变化时,自动对控制器参数进行在线调整,以适应新的工况,PID参数的自整定技术就应运而生了.目前用于自整定的方法比较多,如继电型自整定技术,基于过程特征参数的自整定技术,基于给定相位裕度和幅值裕度的SPAM法自整定技术,基于递推参数估计的自整定技术以及智能自整定技术等.总体来看这类自整定PID控制器对于(T为系统的惯性时间常数)的纯滞后对象控制是有效的,但对于大纯滞后对象,当时,按照上述方法整定的PID控制器则难以稳定.2.2 Smith预估控制 Smith于1957年提出的预估控制算法,通过引入一个与被控对象相并联的纯滞后环节,使补偿后的被控对象的等效传递函数不包括纯滞后项,这样就可以用常规的控制方法(如PID或PI控制)对时滞系统进行控制.Smith预估控制方法虽然从理论 上解决了时滞系统的控制问题,但在实际应用中却还存在很大缺陷.Palmor提出Smith预估器存在这样两点不足:1.它要求有一个精确的过程模型,当模型发生变化时,控制质量将显著恶化;2.Smith预估器对实际对象的参数变化十分敏感,当参数变化较大时,闭环系统也会变得不稳定,甚至完全失效.Watanabe进一步指出Smith预估器的两个主要缺陷:1.系统对扰动的响应很差;2.若控制对象中包含的极点时,即使控制器中含有积分器,系统对扰动的稳态误差也不为零.另外Smith预估器还存在参数整定上的困难,这些缺陷严重制约了Smith预估器在实际系统中的应用.针对Smith预估器存在的不足,一些改进结构的Smith预估器就应运而生了.Hang C C等针对常规预估控制方案中要求受控对象的模型精确这一局限,在常规方案基础上,外加调节器组成副回路对系统进行动态修正,该方法的稳定性和 鲁棒性比原来的Smith预估系统要好,它对对象的模型精度要求明显地降低了.Watanabe提出的改进结构的Smith预估器采用了一个抑制扰动的动态补偿器M(s),通过配置M(s)的极点,能够获得较满意的扰动响应及对扰动稳态误差为零.对于Smith预估器的参数整定问题,张卫东等人提出了一种解析设计方法,并证明该控制器可以通过常规的PID控制器来实现,从而能根据给定的性能要求(超调或调节时间)来设计控制器参数.2.3大林算法 大林算法是由美国IBM公司的Dahlin于1968年针对工业过程控制中的纯滞后特性而提出的一种控制算法.该算法的目标是设计一个合适的数字调节器D(z),使整个系统的闭环传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节,而且要求闭环系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间.大林算法方法比较简单,只要能设计出合适的且可以物理实现的数字调节器D(z),就能够有效地克服纯滞后的不利影响,因而在工业生产中得到了广泛应用.但它的缺点是设计中存在振铃现象,且与Smith算法一样,需要一个准确的过程数字模型,当模型误差较大时,控制质量将大大恶化,甚至系统会变得不稳定.实际上已有文献证明,只要在Smith预估器中按给定公式设计调节器D伺,则Smith预估器与Dahlin算法是等价的,Dahlin算法可以看作是Smith预估器的一种特殊情况.
PID调节器各部分的作用分别是什么?
展开全部 PID是比例,积分,微分的缩写. 比例调节作用:是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少 偏差。
比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的 不稳定。
积分调节作用:是使系统消除稳态误差,提高无差度。
因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分 调节停止,积分调节输出一常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。
反 之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。
积分作用常与另两种调节规律 结合,组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用:微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产 生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。
因此,可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。
微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强 的加微分调节,对系统抗干扰不利。
此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为 零。
微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。
PID在控制中有什么用?
展开全部 PID参数整定方法就是确定调节器的比例带PB、积分时间Ti和和微分时间Td。
一般可以通过理论计算来确定,但误差太大。
目前,应用最多的还是工程整定法:如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。
各种方法的大体过程如下: (1)经验法又叫现场凑试法,即先确定一个调节器的参数值PB和Ti,通过改变给定值对控制系统施加一个扰动,现场观察判断控制曲线形状。
若曲线不够理想,可改变PB或Ti,再画控制过程曲线,经反复凑试直到控制系统符合动态过程品质要求为止,这时的PB和Ti就是最佳值。
如果调节器是PID三作用式,那么要在整定好的PB和Ti的基础上加进微分作用。
由于微分作用有抵制偏差变化的能力,所以确定一个Td值后,可把整定好的PB和Ti值减小一点再进行现场凑试,直到PB、Ti和Td取得最佳值为止。
显然用经验法整定的参数是准确的。
但花时间较多。
为缩短整定时间,应注意以下几点:①根据控制对象特性确定好初始的参数值PB、Ti和Td。
可参照在实际运行中的同类控制系统的参数值,或参照表3-4-1所给的参数值,使确定的初始参数尽量接近整定的理想值。
这样可大大减少现场凑试的次数。
②在凑试过程中,若发现被控量变化缓慢,不能尽快达到稳定值,这是由于PB过大或Ti过长引起的,但两者是有区别的:PB过大,曲线漂浮较大,变化不规则,Ti过长,曲线带有振荡分量,接近给定值很缓慢。
这样可根据曲线形状来改变PB或Ti。
③PB过小,Ti过短,Td太长都会导致振荡衰减得慢,甚至不衰减,其区别是PB过小,振荡周期较短;Ti过短,振荡周期较长;Td太长,振荡周期最短。
④如果在整定过程中出现等幅振荡,并且通过改变调节器参数而不能消除这一现象时,可能是阀门定位器调校不准,调节阀传动部分有间隙(或调节阀尺寸过大)或控制对象受到等幅波动的干扰等,都会使被控量出现等幅振荡。
这时就不能只注意调节器参数的整定,而是要检查与调校其它仪表和环节。
(2)衰减曲线法是以4:1衰减作为整定要求的,先切除调节器的积分和微分作用 ,用凑试法整定纯比例控制作用的比例带PB(比同时凑试二个或三个参数要简单得多),使之符合4:1衰减比例的要求,记下此时的比例带PBs和振荡周期Ts。
如果加进积分和微分作用,可按表3-4-2给出经验公式进行计算。
若按这种方式整定的参数作适当的调整。
对有些控制对象,控制过程进行较快,难以从记录曲线上找出衰减比。
这时,只要被控量波动2次就能达到稳定状态,可近似认为是4:1的衰减过程,其波动一次时间为Ts。
(3)临界比例带法,用临界比例带法整定调节器参数时,先要切除积分和微分作用,让控制系统以较大的比例带,在纯比例控制作用下运行,然后逐渐减小PB,每减小一次都要认真观察过程曲线,直到达到等幅振荡时,记下此时的比例带PBk(称为临界比例带)和波动周期Tk,然后按表3-4-3给出的经验公式求出调节器的参数值。
按该表算出参数值后,要把比例带放在比计算值稍大一点的值上,把Ti和Td放在计算值上,进行现场观察,如果比例带可以减小,再将PB放在计算值上。
这种方法简单,应用比较广泛。
但对PBk很小的控制系统不适用。
PID控制的介绍
当今的闭环自动控制技术都是基于反馈的概念以减少不确定性。
反馈理论的要素包括三个部分:测量、比较和执行。
测量关键的是被控变量的实际值,与期望值相比较,用这个偏差来纠正系统的响应,执行调节控制。
在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。
PID控制器(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件,由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。
PID控制的基础是比例控制;积分控制可消除稳态误差,但可能增加超调;微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。
这个理论和应用的关键是,做出正确的测量和比较后,如何才能更好地纠正系统。
PID(比例(proportion)、积分(integral)、导数(derivative))控制器作为最早实用化的控制器已有近百年历史,现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID控制器简单易懂,使用中不需精确的系统模型等先决条件,因而成为应用最为广泛的控制器。
对某一控制系统进行PID控制,PID的参数怎么求得使系统稳定。
传递...
1. PID 控制系统原理及算法 当我们不能将被控对象的结构和参数完全地掌握,或者是不能得到精确的数学模型时,在这种情况下最便捷的方法便是采用PID 控制技术。
为了使控制系统满足性能指标要求,PID 控制器一般地是依据设定值与实际值的误差,利用比例(P)、积分(I)、微分(D)等基本控制规律,或者是三者进行适当地配合形成相关的复合控制规律,例如,PD、PI、PID 等。
图1 是典型PID 控制系统结构图。
在PID 调节器作用下,对误差信号分别进行比例、积分、微分组合控制。
调节器的输出量作为被控对象的输入控制量。
图1 典型PID控制系统结构图 PID 控制器主要是依据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成控制偏差,用公式表示即e(t)=r(t)-y(t),它本身属于一种线性控制器。
通过线性组合偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D),将三者构成控制量,进而控制受控对象。
控制规律如下: 其传递函数为: 式中:Kp--比例系数; Ti--积分时间常数; Td--微分时间常数。
2. PID 控制器的MATLAB 仿真 美国MathWorks 公司推出的MATLAB 是一套具备高性能的数值计算和可视化软件。
由于MATLAB 可以将矩阵运算、图形显示、信号处理以及数值分析集于一体,构造出的用户环境使用方便、界面友好,因此MATLAB 受到众多科研工作者的欢迎。
本文利用MATLAB 仿真工具箱Simulink 的功能,在基于仿真环境Matlab/Simulink 工具上用图形化方法直接建立仿真系统模型,启动仿真过程,将结果在示波器上显示出来。
3. 仿真实例分析 3.1 建立数学建模 设被控对象等效传递函数为 3.2 仿真建模 仿真建模的目的就是将数学模型转换成计算机能够执行的模型,运用Simulink 可以达到此目的。
图2 是综合图1 和给定计算公式运用Simulink 建立的PID 控制的连续系统的仿真模型(建模步骤略)。
图2 Simulink仿真建模 3.3 仿真实验 在传统的PID 调节器中,参数的整定问题是控制面临的最主要的问题,控制系统的关键之处便是将Kp、Ti、Td三个参数的值最终确定下来。
而在工业过程控制中首先需要对PID 控制中三参量对系统动态性的影响进行实际深入地了解,才能确定怎样将三参数调节到最佳状态。
在本实验中,对各参量单独变化对系统控制作用的影响进行讨论,其中在对一个参量变化引发的影响进行讨论时,需要将其余两个参数设定为常数。
3.3.1 P 控制作用分析 分析比例控制作用。
设Td= 0、Ti=∞、Kp= 3 ~ 10.输人信号阶跃函数,分别进行仿真,如图3 所展示的系统的阶跃响应曲线。
图3 显示的仿真结果表明:系统的超调量会随着Kp值的增大而加大,系统响应速度也会会随Kp值的增大而加快。
但是系统的稳定性能会随着Kp的增大而变差。
图3 单闭环调速系统P控制阶跃响应曲线 3.3.2 比例积分控制作用的分析 设比例积分调节器中Kp= 1,讨论Ti= 0.01 ~ 0.05 时。
输人信号阶跃函数,分别进行仿真,如图4 所展示的系统的系统的阶跃响应曲线。
图4 单闭环调速系统PI控制阶跃给定响应曲线 系统的超调量会随着Ti值的加大而减小,系统响应速度随着Ti值的加大会略微变慢。
3.3.3 微分调节作用的分析 设Kp= 1、Ti= 0.01,讨论Td= 10 ~ 100 时对系统阶跃响应曲线的影响。
输人信号阶跃函数,分别进行仿真,如图5 所展示的系统的阶跃响应曲线。
图5 单闭环调速系统PID控制阶跃给定响应曲线 图5 所显示的仿真结果表明:根据单闭环调速系统的参数配合情况,起始上升段呈现较尖锐的波峰,Kp= 1、Ti= 0.01不变时,随着Td值的加大,闭环系统的超调量增大,响应速度变慢。
4 .结论 (1)对于PID 参数采用MATLAB 进行整定和仿真,使用起来不仅快捷、方便,而且更为直观,同时也避免了传统方法反复修改参数调试。
(2)系统的响应速度会随Kp值的增大而加快,同时也有助于静差的减小,而Kp值过大则会使系统有较大超调,稳定性变坏;此外,系统的动作会因为过小的Kp值减慢。
(3)超调的减小、振荡变小以及系统稳定性的增加都取决于积分时间Ti的增大,但是系统静差消除时间会因为Ti的增大而变长。
(4)增大微分时间Td对于系统的稳定性、系统响应速度的加快以及系统超调量的减小都会有所帮助。
但是如果Td过大,则会使得调节时间较长,超调量也会增大;如果Td过小,同样地也会发生以上状况。
(5)总之PID 参数的整定必须考虑在不同时刻三个参数的作用以及彼此之间的作用关系。
5.结语 PID 控制应用领域极为广泛,可将其应用于电力、化工、轻工、冶金以及机械等工业过程控制中。
通常情况下,最适合采用PID 控制技术的条件是:当我们对目标系统或被控对象的内部特征不完全清楚时,或者是系统的全部参数不能经过有效的测量手段来获取,同时必须依赖于经验和现场调试来确定系统控制器的结构参数情况下采用该技术。
什么是PID?
展开全部 pid 是控制系统中的重要参数,指控制方式,指输出与输入之间的响应方式,英文字母比例积分微分。
顾名思义,比例是输出与输入是按一个比例进行的,可调节快慢,通常是改变反馈。
积分是输出是输入的积分,就是累加,当输入变化很大输出只按时间长短变化,起到滤波作用,也叫滞后,等效于在输入端并连一个电容。
微分是输出只对输入变化部分敏感,特别是输入有尖峰的时候,输出剧烈的响应,但输入不变,不管有多大,输出就为零,因此,也叫超前调节,起加速作用,等效串联一个电容。
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温度位式控制系统与连续的PID控制系统有什么区别?
展开全部 温度位式控制系统在温度低于设定下限参数时,开启加热设备,设备满功率运行,当温度高于设定上限参数时,关闭加热设备,完全停止加热。
温度在下限与上限之间缓慢波动。
温度PID控制系统属于闭环控制,加热设备可以工作在不同的功率下,理论上可以实现实际温度与设定温度无误差控制。
位式控制温度有波动,设备启动、停止较频繁,但是,控制简单,可靠性高,设备成本低,应用广泛。
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