1、PID控制 介紹PID控制器是反饋控制的最常見形式。因為早在40年代它就成為了過程控制的標準工具。在今天的過程控制業(yè)中, 超過95%的控制回路是PID類型, 多數(shù)實際上是PI 控制。PID控制是分布控制系統(tǒng)的一種重要組成部分。控制器被隱藏在許多其他控制系統(tǒng)下面。PID 控制與邏輯控制經(jīng)常結(jié)合在一起,連續(xù)作用、選擇器, 和簡單的功能模塊一起構(gòu)成復(fù)雜自動化系統(tǒng)，可以應(yīng)用在發(fā)電, 運輸，以及制造業(yè)。許多經(jīng)典的控制策略, 譬如模型有預(yù)測性的控制。PID控制是使用在要求水平較低的場合；PID控制器應(yīng)用在底層。PID控制器在每個控制工程師的應(yīng)用實例里都能經(jīng)常見到。近年來PID控制器在技術(shù)生產(chǎn)上也產(chǎn)生了許多

2、變化, 從機械到微處理器控制由電子管, 晶體管,組合電路組成的控制系統(tǒng)。 微處理器對PID控制器有著強烈的影響。實際上今天制作的所有PID控制器都是建立在微處理器的基礎(chǔ)上的。這就有機會擴展其他的特點：像自動定調(diào), 獲取預(yù)定, 和連續(xù)的適應(yīng)。6.2 算法我們開始講解PID控制器的主要特點。 PID算法的描述: 6.1這里 y 是被測量的處理可變量, r 參考可變量, u 是控制信號，e是控制誤差 。參考變量經(jīng)常可以被稱為是固定的點。控制信號包含三個量，P-term，I-term，D-term，控制器的參數(shù)包括比例系數(shù)K，整體時間Ti，和Td。以過去，現(xiàn)在和未來為基礎(chǔ)的控制軌跡可解釋整體，比例項和

3、輸出部份的關(guān)系。圖中舉例。在不同時間的運動可以表示輸出部分的一個典型的例子。在參數(shù)值方面作一下改變，即可預(yù)測下一時間的走向問題。PID的作用圖6.1說明的是典型的比例控制. 控制器給定Ti=，Td=0。表示在比例控制中總存在有一種穩(wěn)定狀態(tài)誤差。獲取值增加誤差將減少, 但系統(tǒng)穩(wěn)定性將受到影響。圖 6.2 說明增加積分式的作用。它跟隨圖6.1而來增加時間Ti.當積分式運行使用。穩(wěn)定狀態(tài)誤差將逐漸的消失。相比較，說明在圖6.3減少Ti，波動繼續(xù)增大.圖 6.3 舉例說明增加輸出的方法的效果。 參數(shù) K 和 Ti 被選定以便閉環(huán)系統(tǒng)是振動的。當輸出時間過長時，導(dǎo)出時間將被阻值再一次增加，減少也是一樣。

4、當在時間Td作線形補償取消輸出可以得到預(yù)測的結(jié)果。用簡單的方法解釋，如果預(yù)測時間Td太大，導(dǎo)出將沒有影響。在圖6.3中，振蕩的周期是沒有引出的，大約是6S。圖6.1圖6.2.當Td比1S（六分之一的周期時間）大的時候，輸出的作用停止是有效的。也要注意當輸出時間增加的時候，振蕩的周期也將增加。圖6.1說明有許多比 PID更好的系統(tǒng)，但是，實際上一個好控制器，必需得有一個好的PID控制器。而獲得一個好的PID控制器，也需要認真地考慮一下。圖6.3.· 噪聲過濾和高頻率關(guān)閉· 凝固點衡量和2 DOF· 終結(jié)· 調(diào)諧· 計算機執(zhí)行在使用PID 控制器的

5、時候，有些問題就會涌現(xiàn)出來，但他們實際上最重要的是在所有控制中的實施。許多問題與反饋本身是緊密地聯(lián)系在一起的。其中，有些在早期的一些資料中就已經(jīng)被研究過。6.3 過濾和凝固點的衡量微分對噪聲總是敏感的。像G(s) = s 的微分器。以下的例子可以有力的說明。例子6.1-DIFFERENTIATION 放大高頻率噪音，參考信號這里的噪聲是正弦信號，頻率為w 。信號的導(dǎo)數(shù)是針對噪音的信號比率為原始的信號是1倍，但噪音的信號比率是被區(qū)分的。如果w 是足夠大的這個比率是可能任意提高的。從一種積分作用控制器來看，是有必要限制積分范圍的，以得到高頻率。這可以由做積分的范圍決定 6.2替換D=sTdY。由（

6、6.2）的f得到的近似值，可以解釋為理想的積分sTd 過濾了由一個以時間常數(shù)Td/N的優(yōu)先處理的系統(tǒng)。近似值以一種低頻率信號組分。但是,這種獲取,限制了KN 。這就意味著, 高頻率測量噪聲大多由因素KN被放大，N 的典型的價值是8 到20 。高頻率獲取的進一步測量y對控制裝置輸出u 的一種PID 控制器與近似積分是這種控制器有穩(wěn)定的輸入由于在高頻率， 因而決定從強度問題討論,這可能有另外達到低通過濾的控制信號這里Tf 是過濾器時間常數(shù)。Tf選擇在過濾的范圍和起點之間。如果選擇時間，T fTd/N是適當?shù)倪x擇。如果控制器是唯一的PI，Tf Ti/N可能是適當?shù)摹？刂破饕部赡鼙粚嵤拖?6.3這

7、個結(jié)構(gòu)的好處, 我們能將其開發(fā)設(shè)計為一種理想的PID控制器和使用一種設(shè)計程序方法。控制器首先被設(shè)計為處理P(s)，設(shè)計給控制器參量Td，一種理想的控制器為P(s)/(1+sTd/N)2 ，然后重新給Td符值，這樣做將有一張清楚的濾波圖片。設(shè)定點權(quán)衡當使用（6.1）提供的控制規(guī)則時，參考信號的變化會在控制信號上產(chǎn)生波動。這種情況是不好的，因此，輸出的信號被用于參考信號。這個問題應(yīng)在控制器設(shè)計前考慮，得以避免，另外的一種可能性在參考信號的部份上，這叫做關(guān)鍵點權(quán)衡。PID控制器由 (6.1)提供，然后寫成 6.4b和c是另外的參量，必須根據(jù)誤差反饋來保證期望的穩(wěn)定狀態(tài)。控制器由（6.4.）提供，因為

8、從y到u的信號路徑與 r到u不同，所以用自由結(jié)構(gòu)，從r到u。 6.5 Time t圖6.4 在參考系統(tǒng)以另外固定點衡量b=0, b=0.5和b=1.0。傳遞作用P(s)=1/(s+1)3 和控制器參量是k = 3, ki = 1.5 和kd = 1.5 。 并且傳遞作用從y 到u 是 6.6定點衡量是因為控制器是一種特殊二階系統(tǒng)。控制器(6.4) 反應(yīng)加載干擾和測量噪聲以與控制器相似。在表6.4說明對參考價的反應(yīng)可能被參量b和c修改。展示PID控制器對信號一點的變動的反應(yīng),增加擾動, 并且在b的不同的值計量誤差。圖清楚地顯示改變b的作用。信號點的變動是在b = 0, 參量c通常是零，為避免由于

9、瞬間在信號一點上的突然的變化。6.4不同參數(shù)PID算法由方程式 (6.1)提供，并且傳遞函數(shù)的代表為 6.7 6.8 6.9 對應(yīng)于控制器形式，可導(dǎo)出給定參量 6.10控制器方程式 (6.7) 只是一般的, 并且我們正在使用。但是, 有些控制器更加容易手工調(diào)節(jié)。重點記住, 不同的控制器也許有不同的結(jié)構(gòu)，當工作與PID 控制器合作的時候，不同的控制器可能有不同的結(jié)構(gòu)。（在與 PID 控制器合作的時候，不同的控制器可能有不同的結(jié)構(gòu)。）如果控制器由其它類型控制器替換, 控制器參數(shù)必須被改變。 當控制器的I和D部分被使用。 如果我們只使用控制器作為P, PI, 或PD 控制器, 二個形式是等效的。PID算法的另一個表示法 6.11參量與標準格式的轉(zhuǎn)換 方程（6.11）是對標準形式的變