《ID控制基础》PPT课件

PID控制基础,来自：程振中时间：2013.3.20,PID控制的来源及优势PID算法表达式各个环节的作用实例：转速反馈控制直流调速系统的Simulink仿真,主要内容：,PID控制的来源及优势,我们知道一个控制系统包括控制器传感器、执行机构、输入输出接口。控制对象：压力、温度、流量、液位等。执行机构：如泵、阀、风机等。控制器：PLC、单片机不同的控制对象有相应不同的传感器。,PID控制的来源及优势,如果控制器是用PID控制算法来实现控制被控对象的系统，则称为PID控制系统。,PID控制器,执行机构,对象,变传器,图1PID控制系统模型,PID控制的来源及优势,上世纪20年代，Minorsky在对船舶自动导航的研究中，提出了基于输出反馈的设计方法，到了上世纪40年代PID控制器已在过程控制中得到了广泛的应用，据不完全统计，在工业过程控制，航空航天控制领域中，PID控制的应用占80%以上。,图2近30年PID文章发表统计,PID控制的来源及优势,PID控制器问世至今已经研究的很成熟了，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。,PID控制原理-PID控制器,各个环节的作用,PID控制包括三个环节：比例、积分、微分环节，对应的参数分别为P、Ti、Td，这三个环节在控制系统中起到不同的作用。,比例控制的作用,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。比例控制作用能及时成比例的反应控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用以减少偏差。,作用：对当前时刻的偏差信号e(t)进行放大或衰减，控制作用的强弱取决于比例系数；特点：Kp增加能使控制精度提高，但Kp过大y(t)可能会引起系统振荡使稳定性变差。缺点：不能消除静态误差。,积分控制的作用,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。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。,作用：通过对误差累积的作用影响控制量，并通过系统的负反馈作用减小偏差；特点：与e(t)存在全部时段有关，只要有足够的时间,积分控制将能够消除稳态误差。缺点：不能及时地克服扰动的影响。（慢慢的调）,微分控制的作用,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，而与偏差的大小无关。微分控制作用能反应偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。,特点：反应e(t)变化的速度，在偏差刚刚出现时产生很大的控制作用，具有超前控制作用；作用：有助于减小超调和调整时间，改善系统的动态品质;缺点：不能消除系统的稳态误差；对高频噪声比较敏感。,转速反馈控制直流调速系统的Simulink仿真