pid控制器的研究及其應用簡介

1、PID PID 控制器的研究及其應用簡介 控制器的研究及其應用簡介摘要 摘要：PID 調節(jié)器及其改進型是在工業(yè)控制中最常見的控制器。PID 控制中一個關鍵的問題便是 PID 對參數(shù)的整定，使 PID 控制系統(tǒng)達到所期望的控制性能。關鍵詞 關鍵詞：PID；PID 控制器；模糊控制器引言 引言：PID 控制，基于反饋的概念。反饋理論包括三個要素：測量、比較和執(zhí)行。測量相關的變量，與給定值進行比較，用這個比較的差來調節(jié)糾正控制系統(tǒng)的響應。PI

2、D 控制器是根據(jù) PID 控制原理對整個控制系統(tǒng)進行偏差調節(jié)，從而使被控變量的實際值與工藝要求的預定值一致。他簡單的 控制運算不同，PID 控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來調整輸入值，這樣可以使系統(tǒng)更加準確，更加穩(wěn)定。PID 控制器因為結構簡單、容易實現(xiàn)，并且具有較強的魯棒性，因而被廣泛應用 于各種工業(yè)過程控制中。作為一種廣泛的控制規(guī)律，PID 控制在相當長的一段時間內，并沒有因為各種先進控制算法的出現(xiàn)而遭到淘汰，相反，經過時間的

3、考驗，PID控制仍然在各種控制技術中占著主導地位。一、 一、控制回路的構成部分 控制回路的構成部分1. 系統(tǒng)的傳感器得到的測量結果 2. 控制器作出決定 3. 通過一個輸出設備來作出反應控制器從傳感器得到測量結果，然后用需求結果減去測量結果來得到誤差。然后用誤差來計算出一個對系統(tǒng)的糾正值 來作為輸入結果，這樣系統(tǒng)就可以從它的輸出結果中消除誤差。在一個 PID 回路中，這個糾正值有三種算法，消除目前的誤差，平均過去的誤差，和透過誤差的

4、改變來預測將來的誤差。比如說，假如一個水箱在為一個植物提供水，這個水箱的水需要保持在一定的高度。一個傳感器就會用來檢查水箱里 水的高度，這樣就得到了測量結果?？刂破鲿幸粋€固定的用戶輸入值來表示水箱需要的水面高度，假設這個值是保持 65％的水量?？刂破鞯妮敵鲈O備會連在一個馬達控制的水閥門上。打開閥門就會給水箱注水，關上閥門就會讓水箱里的水量下降。這個閥門的控制信號就是我們。二、 二、控制器參數(shù)對控制性能的影響 控制器參數(shù)對控制性能的影響

5、(1) 比例作用對控制性能的影響 比例增益 Kp 的引入是為了及時地反映控制系統(tǒng)的偏差信號，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)了偏 差，比例調節(jié)作用立即產生調節(jié)作用，使系統(tǒng)偏差快速向減小的趨勢變化。當比例增 益稱大的時候，PID 控制器可以加快調節(jié)，但是過大的比例增益會使調節(jié)過程出現(xiàn)較大的超調量，從而降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在某些嚴重的情況下，甚至可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2) 積分作用對控制性能的影響 積分作用的引入是為了使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的無

6、差度，以保證實現(xiàn)對設定值的無靜差跟蹤。(3) 微分作用對控制性能的影響 微分作用的引入，主要是為了改善控制系統(tǒng)的響應速度和穩(wěn)定性。微分作用能反 映系統(tǒng)偏差的變化律，預見偏差變化的趨勢，因此能產生超前的控制作用。直觀而言，微分作用能在偏差還沒有形成之前，就已經消除偏差。因此，微分作用可以改善系統(tǒng) 的動態(tài)性能。三、 三、數(shù)字 數(shù)字 PID PID 控制器 控制器PID 控制器是控制系統(tǒng)中應用最廣泛的一種控制器，在工業(yè)過程控制中得到了普 但

7、是由于不同的算法會導致不同的參數(shù)，盡管這些參數(shù)在很多情況下是效果相同的；（2） 在實際過程應用中，很可能沒有確定參數(shù)數(shù)值的直接方法。在這種情況下，只能使用模擬控制器，但是相關的讀數(shù)可能會超出刻度范圍甚至無法量化；（3） 對控制器的手動操作可能無法進行；（4） 其他的問題有飽和現(xiàn)象的存在。數(shù)字控制器還存在采樣重疊失真的問題。六、 六、PID PID 控制過程遇到的問題 控制過程遇到的問題 （1）穩(wěn)定性分析：在過程參數(shù)同時攝動時，對控制系統(tǒng)

8、的穩(wěn)定性分析是控制理論研究的一大難點，特別是對滯后對象的穩(wěn)定性分析，更加困難。過程參數(shù)同時在一定區(qū)間變化時，如何判別預測 PID 控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定，是控制理論工作者當前研究的重要課題。現(xiàn)有分析方法，無論是頻率法還是時域法，都不能給出穩(wěn)定的充分必要條件，或者給出的充分必要條件難以在實際中應用，僅僅具有理論研究的價值。（2）實用范圍：大部分預測 PID 控制算法是針對某一特定對象設計的，或者需要將復雜模型進行簡化后，才能設計控制器參數(shù)，專用

9、性強。如何在預測 PID 的總體框架下設計出一種通用型的控制器，使其適合所有的過程對象，如：反向過程對象、積分對象、不穩(wěn)定對象、多變量對象等，也是需要考慮的重要問題之一。在工程實施方面，如何使算法簡單化、模塊化，能直接在現(xiàn)有的 DCS、PLC 及監(jiān)控平臺軟件中方便地實現(xiàn)等一系列的問題，是縮小理論和實踐差距亟待解決的問題。（3）控制器參數(shù)整定：雖然利用過程傳遞函數(shù)來設計控制器參數(shù)非常容易，但有些實際過程對象的傳遞函數(shù)模型很難精確獲得。運用

10、傳統(tǒng)自整定方法，如繼電反饋方法設計預測 PID 控制器的參數(shù)，提供設置控制器參數(shù)的經驗公式，將辨識和控制有機地結合起來，是需要深入研究的課題。 （4）輸入、輸出約束問題：當前控制領域所面臨的一個嚴峻挑戰(zhàn)，是要在不精確知道被控對象模型前提下，設計出快速、準確的自適應控制算法，以滿足對象特性在較大范圍內變化時的控制要求。因此，如何利用計算科學中的各種先進模型，如模糊邏輯模型、知識向量機模型、神經網(wǎng)絡模型、粗糙集模型、小波模型、非參數(shù)預測模型

11、、疊代學習模型等，使預測 PID 控制系統(tǒng)具有解決復雜系統(tǒng)控制的自適應功能，是今后我們研究重要而迫切的方向。結論 結論：PID 控制器因為結構簡單、容易實現(xiàn)，并且具有較強的魯棒性，因而被廣泛應用 于各種工業(yè)過程控制中。作為一種廣泛的控制規(guī)律，PID 控制在相當長的一段時間內， 并沒有因為各種先進控制算法的出現(xiàn)而遭到淘汰，相反，經過時間的考驗，PID 控制 仍然在各種控制技術中占著主導地位。參考文獻[1]曾竟，謝又成．基于模糊自整定 P

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