pid控制器的研究及其應(yīng)用簡(jiǎn)介

1、PID PID 控制器的研究及其應(yīng)用簡(jiǎn)介 控制器的研究及其應(yīng)用簡(jiǎn)介摘要 摘要：PID 調(diào)節(jié)器及其改進(jìn)型是在工業(yè)控制中最常見(jiàn)的控制器。PID 控制中一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題便是 PID 對(duì)參數(shù)的整定，使 PID 控制系統(tǒng)達(dá)到所期望的控制性能。關(guān)鍵詞 關(guān)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(gè)要素：測(cè)量、比較和執(zhí)行。測(cè)量相關(guān)的變量，與給定值進(jìn)行比較，用這個(gè)比較的差來(lái)調(diào)節(jié)糾正控制系統(tǒng)的響應(yīng)。PI

2、D 控制器是根據(jù) PID 控制原理對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)，從而使被控變量的實(shí)際值與工藝要求的預(yù)定值一致。他簡(jiǎn)單的 控制運(yùn)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(lái)調(diào)整輸入值，這樣可以使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定。PID 控制器因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，并且具有較強(qiáng)的魯棒性，因而被廣泛應(yīng)用 于各種工業(yè)過(guò)程控制中。作為一種廣泛的控制規(guī)律，PID 控制在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，并沒(méi)有因?yàn)楦鞣N先進(jìn)控制算法的出現(xiàn)而遭到淘汰，相反，經(jīng)過(guò)時(shí)間的

3、考驗(yàn)，PID控制仍然在各種控制技術(shù)中占著主導(dǎo)地位。一、 一、控制回路的構(gòu)成部分 控制回路的構(gòu)成部分1. 系統(tǒng)的傳感器得到的測(cè)量結(jié)果 2. 控制器作出決定 3. 通過(guò)一個(gè)輸出設(shè)備來(lái)作出反應(yīng)控制器從傳感器得到測(cè)量結(jié)果，然后用需求結(jié)果減去測(cè)量結(jié)果來(lái)得到誤差。然后用誤差來(lái)計(jì)算出一個(gè)對(duì)系統(tǒng)的糾正值 來(lái)作為輸入結(jié)果，這樣系統(tǒng)就可以從它的輸出結(jié)果中消除誤差。在一個(gè) PID 回路中，這個(gè)糾正值有三種算法，消除目前的誤差，平均過(guò)去的誤差，和透過(guò)誤差的

4、改變來(lái)預(yù)測(cè)將來(lái)的誤差。比如說(shuō)，假如一個(gè)水箱在為一個(gè)植物提供水，這個(gè)水箱的水需要保持在一定的高度。一個(gè)傳感器就會(huì)用來(lái)檢查水箱里 水的高度，這樣就得到了測(cè)量結(jié)果。控制器會(huì)有一個(gè)固定的用戶輸入值來(lái)表示水箱需要的水面高度，假設(shè)這個(gè)值是保持 65％的水量?？刂破鞯妮敵鲈O(shè)備會(huì)連在一個(gè)馬達(dá)控制的水閥門(mén)上。打開(kāi)閥門(mén)就會(huì)給水箱注水，關(guān)上閥門(mén)就會(huì)讓水箱里的水量下降。這個(gè)閥門(mén)的控制信號(hào)就是我們。二、 二、控制器參數(shù)對(duì)控制性能的影響 控制器參數(shù)對(duì)控制性能的影響

5、(1) 比例作用對(duì)控制性能的影響 比例增益 Kp 的引入是為了及時(shí)地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)了偏 差，比例調(diào)節(jié)作用立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，使系統(tǒng)偏差快速向減小的趨勢(shì)變化。當(dāng)比例增 益稱(chēng)大的時(shí)候，PID 控制器可以加快調(diào)節(jié)，但是過(guò)大的比例增益會(huì)使調(diào)節(jié)過(guò)程出現(xiàn)較大的超調(diào)量，從而降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在某些嚴(yán)重的情況下，甚至可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2) 積分作用對(duì)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(wú)

6、差度，以保證實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)定值的無(wú)靜差跟蹤。(3) 微分作用對(duì)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(yīng)速度和穩(wěn)定性。微分作用能反 映系統(tǒng)偏差的變化律，預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用。直觀而言，微分作用能在偏差還沒(méi)有形成之前，就已經(jīng)消除偏差。因此，微分作用可以改善系統(tǒng) 的動(dòng)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(yīng)用最廣泛的一種控制器，在工業(yè)過(guò)程控制中得到了普 但

7、是由于不同的算法會(huì)導(dǎo)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(shí)際過(guò)程應(yīng)用中，很可能沒(méi)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(guān)的讀數(shù)可能會(huì)超出刻度范圍甚至無(wú)法量化；（3） 對(duì)控制器的手動(dòng)操作可能無(wú)法進(jìn)行；（4） 其他的問(wèn)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(wèn)題。六、 六、PID PID 控制過(guò)程遇到的問(wèn)題 控制過(guò)程遇到的問(wèn)題 （1）穩(wěn)定性分析：在過(guò)程參數(shù)同時(shí)攝動(dòng)時(shí)，對(duì)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(diǎn)，特別是對(duì)滯后對(duì)象的穩(wěn)定性分析，更加困難。過(guò)程參數(shù)同時(shí)在一定區(qū)間變化時(shí)，如何判別預(yù)測(cè) PID 控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定，是控制理論工作者當(dāng)前研究的重要課題?，F(xiàn)有分析方法，無(wú)論是頻率法還是時(shí)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(shí)際中應(yīng)用，僅僅具有理論研究的價(jià)值。（2）實(shí)用范圍：大部分預(yù)測(cè) PID 控制算法是針對(duì)某一特定對(duì)象設(shè)計(jì)的，或者需要將復(fù)雜模型進(jìn)行簡(jiǎn)化后，才能設(shè)計(jì)控制器參數(shù)，專(zhuān)用

9、性強(qiáng)。如何在預(yù)測(cè) PID 的總體框架下設(shè)計(jì)出一種通用型的控制器，使其適合所有的過(guò)程對(duì)象，如：反向過(guò)程對(duì)象、積分對(duì)象、不穩(wěn)定對(duì)象、多變量對(duì)象等，也是需要考慮的重要問(wèn)題之一。在工程實(shí)施方面，如何使算法簡(jiǎn)單化、模塊化，能直接在現(xiàn)有的 DCS、PLC 及監(jiān)控平臺(tái)軟件中方便地實(shí)現(xiàn)等一系列的問(wèn)題，是縮小理論和實(shí)踐差距亟待解決的問(wèn)題。（3）控制器參數(shù)整定：雖然利用過(guò)程傳遞函數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)控制器參數(shù)非常容易，但有些實(shí)際過(guò)程對(duì)象的傳遞函數(shù)模型很難精確獲得。運(yùn)用

10、傳統(tǒng)自整定方法，如繼電反饋方法設(shè)計(jì)預(yù)測(cè) PID 控制器的參數(shù)，提供設(shè)置控制器參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，將辨識(shí)和控制有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，是需要深入研究的課題。 （4）輸入、輸出約束問(wèn)題：當(dāng)前控制領(lǐng)域所面臨的一個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，是要在不精確知道被控對(duì)象模型前提下，設(shè)計(jì)出快速、準(zhǔn)確的自適應(yīng)控制算法，以滿足對(duì)象特性在較大范圍內(nèi)變化時(shí)的控制要求。因此，如何利用計(jì)算科學(xué)中的各種先進(jìn)模型，如模糊邏輯模型、知識(shí)向量機(jī)模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、粗糙集模型、小波模型、非參數(shù)預(yù)測(cè)模型

11、、疊代學(xué)習(xí)模型等，使預(yù)測(cè) PID 控制系統(tǒng)具有解決復(fù)雜系統(tǒng)控制的自適應(yīng)功能，是今后我們研究重要而迫切的方向。結(jié)論 結(jié)論：PID 控制器因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，并且具有較強(qiáng)的魯棒性，因而被廣泛應(yīng)用 于各種工業(yè)過(guò)程控制中。作為一種廣泛的控制規(guī)律，PID 控制在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)， 并沒(méi)有因?yàn)楦鞣N先進(jìn)控制算法的出現(xiàn)而遭到淘汰，相反，經(jīng)過(guò)時(shí)間的考驗(yàn)，PID 控制 仍然在各種控制技術(shù)中占著主導(dǎo)地位。參考文獻(xiàn)[1]曾竟，謝又成．基于模糊自整定 P

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