PID控制原理

　　導讀：當今的閉環自動控制技術都是基于反饋的概念以減少不確定性。反饋的要素包括三個部分：測量、比較和執行。在工程實際中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節。

PID控制原理——分類

　　開環控制

　　開環控制系統(open-loop control system)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(controller)的輸入沒有影響。在這種控制系統中，不依賴將被控量返送回來以形成任何閉環回路。

　　閉環控制

　　閉環控制系統(closed-loop control system)是指被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸入，形成一個或多個閉環。閉環控制系統有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統給定值信號相反，則稱為負反饋( Negative Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環控制系統均采用負反饋，又稱負反饋控制系統。閉環控制系統的例子很多。比如人就是一個具有負反饋的閉環控制系統，眼睛便是傳感器，充當反饋，人體系統能通過不斷的修正最后作出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個開環控制系統。另例，當一臺真正的全自動洗衣機具有能連續檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源，它就是一個閉環控制系統。

　　階躍響應

　　階躍響應是指將一個階躍輸入(step function)加到系統上時，系統的輸出。穩態誤差是指系統的響應進入穩態后，系統的期望輸出與實際輸出之差。控制系統的性能可以用穩、準、快三個字來描述。穩是指系統的穩定性(stability)，一個系統要能正常工作，首先必須是穩定的，從階躍響應上看應該是收斂的;準是指控制系統的準確性、控制精度，通常用穩態誤差(Steady-state error)來描述，它表示系統輸出穩態值與期望值之差;快是指控制系統響應的快速性，通常用上升時間來定量描述。

PID控制原理——調節方法

　　PID是工業生產中最常用的一種控制方式，PID調節儀表也是工業控制中最常用的儀表之一，PID 適用于需要進行高精度測量控制的系統，可根據被控對象自動演算出最佳PID控制參數。

　　1.PID常用口訣：

　　參數整定找最佳，從小到大順序查

　　先是比例后積分，最后再把微分加

　　曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大

　　曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳

　　曲線偏離回復慢，積分時間往下降

　　曲線波動周期長，積分時間再加長

　　曲線振蕩頻率快，先把微分降下來

　　動差大來波動慢。微分時間應加長

　　理想曲線兩個波，前高后低4比1

　　一看二調多分析，調節質量不會低

　　2.PID控制器參數的工程整定，

　　各種調節系統中P.I.D參數經驗數據以下可參照：

　　溫度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s

　　壓力P: P=30~70%,T=24~180s,

　　液位L: P=20~80%,T=60~300s,

　　流量F: P=40~100%,T=6~60s。

PID控制原理——原理特點

　　工程實際中，應用最為廣泛調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制主要技術之一。當被控對象結構和參數不能完全掌握，或不到精確數學模型時，控制理論其它技術難以采用時，系統控制器結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統和被控對象﹐或不能有效測量手段來獲系統參數時，最適合用PID控制技術。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是系統誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制。

　　比例控制

　　比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差(Steady-state error)。

　　積分控制

　　在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統，如果在進入穩態后存在穩態誤差，則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統(System with Steady-state Error)。為了消除穩態誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統在進入穩態后無穩態誤差。

　　微分控制

　　在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關系。自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是由于存在有較大慣性組件(環節)或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。