PID演示(探讨版)

.,回路联锁PID,刘杰,.,控制系统历程,目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。,.,控制系统,一个控制系统包括控制器传感器变送器执行机构输入输出接口。控制器的输出经过输出接口执行机构加到被控系统上控制系统的被控量经过传感器变送器通过输入接口送到控制器。不同的控制系统其传感器变送器执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。,.,控制系统概况,1、开环控制系统开环控制系统(open-loopcontrolsystem)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。,.,控制系统概况,2、闭环控制系统闭环控制系统(closed-loopcontrolsystem)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈(NegativeFeedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。,.,反馈控制原理图,.,闭环控制系统的例子,比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。,.,控制系统的品质,稳、准、快,启动快，但超调大且有较长时间振荡,低速爬行，但无超调和振荡,快速且超调不大，但稳态误差太大,快速且超调不大，无稳态误差,定量指标：1.稳态误差(准确性)2.综合指标:,.,PID控制原理,在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，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。,.,Proportion-Integral-Differential,PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器，现在已广泛应用在工业控制器中。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。,.,PID控制原理,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。即当我们不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。,.,PID优点,PID控制原理的优点在于能够在控制过程中根据预先设定好的控制规律不停地自动调节控制量以使被控系统朝着设定的平衡状态过度，最后达到控制范围精度内的稳定的动态平衡状态。要使用好PID控制原理,关键在于根据实际情况确定PID的各种参数,这项工作可能是费时的,但做好了,将会提高控制器的使用效果,达到较高的控制精度,是值得的。,.,PProportion比例IIntegral积分DDifferentiation微分,PID控制器的定义及其优点PID全称比例-积分-微分控制器，是自动控制系统设计中最经典应用最广泛的一种控制器(一种算法)。2.原理简单，使用中不需精确的系统模型；3.如果被控对象难以控制，可以使用改进型PID控制。,.,PID控制原理-PID控制器,.,比例控制的作用,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越大系统动态特性越好，但Kp过大y(t)可能会引起系统振荡使稳定性变差，也有可能出现比例饱和现象。缺点：不能消除静态误差。,.,积分控制的作用,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。,.,积分（I）调节作用的作用和特点,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（SystemwithSteady-stateError）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。,.,积分（I）调节作用的作用和特点,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。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢,.,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。,微分控制的作用,.,PID小节,首先，PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。其次，PID参数较易整定。也就是，PID参数Kp，Ki和Kd可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。,.,PID总结,评价一个控制系统是否优越，有三个指标：快、稳、准。所谓快，就是要使压力能快速地达到“命令值”（不知道你的系统要求多少时间）所谓稳，就是要压力稳定不波动或波动量小（不知道你的系统允许多大波动）所谓准，就是要求“命令值”与“输出值”之间的误差e小（不知道你的系统允许多大误差）对于你的系统来说，要求“快”的话，可以增大Kp、Ki值,.,PID总结,要求“准”的话，可以减小Ti值要求“稳”的话，可以增大Td值,可以减少压力波动仔细分析可以得知：这三个指标是相互矛盾的。如果太“快”，可能导致不“稳”；如果太“稳”，可能导致不“快”；只要系统稳定且存在积分Ti，该系统在静态是没有误差的（会存在动态误差）；所谓动态误差，指当“命令值”不为恒值时，“输出值”跟不上“命令值”而存在的误差。,.,PID参数设定经验,在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。对于温度系统：P（%）20-60，I（分）3-10，D（分）0.5-3对于流量系统：P（%）40-100，I（分）0.1-1对于压力系统：P（%）30-70，I（分）0.4-3对于液位系统：P（%）20-80，I（分）1-5,.,Proportion-Integral-Differential,参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加曲线振荡很频繁，比例度盘要放大曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动周期长，积分时间再加长曲线振荡频率快，先把微分降下来动差大来波动慢。微分时间应加长理想曲线两个波，前高后低4比1一看二调多分析，调节质量不会低,.,联锁系统：是指为保障