外文翻译PID控制器

FromtheencyclopediaA–controller(PIDcontroller)isamechanismwidelyusedinAPIDcontrollertocorrecterrorandadesiredsetpointcalculatingandcantheaccordingly.Thecalculation(algorithm)threeparameters;theandTheProportionaltotheerror,IntegraldeterminesreactionbasedonthesumoferrorsDerivativedeterminesthetheratewhichweightedsumofthreeactionsistheviaacontrolelementpositionofaortheofelement.By"tuning"theinthePIDthePIDcanprovideforspecificrequirements.responseofthecontrollercantermsoftheofcontrollertothetowhichthecontrollersetpointandthedegreeofoscillation.NotethattheuseofPIDforoptimalsystemstability.mayrequireonlyortotheappropriatecontrol.achievedbysettingtheofcontroloutputstoAPIDcontrollerwillPI,PIcontrollerintherespectivecommon,sinceisverysensitivetomeasurementnoise,integralthetargetvalueaction.1Ablockacontrollerfieldofcontrolandapplication,conventionsfortheincommon1.ControlbasicsAfamiliarcontroltokeepshowerwateratthewhichinvolvesmixingtwoprocessstreams,coldandhotThepersonwaterestimateitsmeasurementperformcontrolthecoldwatertaptothewouldrepeatthisinput-outputloop,theuntilprocessstabilizedthedesiredthewatertakingaoftheprocessvalueorvariable(PV).Thedesiredtemperatureiscalledsetpoint(SP).fromthecontrollerinputtoprocess(thetapthe(MV).Thedifferencemeasurementandthetooortoocoldbyhowmuch.Asacontroller,onetheposition(MV)afterthetemperature(PV),theerror.firsttheoftheproportionalactionofacontroller.Theacontrollerthoughtofasgraduallythewhenitalmostright.DerivativeactioncanbenoticingwaterisgettinghotterorandhowandtakingthatintodecidinghowtoadjustaistooerrorisequivalentahighgaincontrollerandwillleadtoIfcontrollerweremaketheloop2wouldbeunstableandtheoutputwouldthesetpointinaconstant,growing,orAwouldnotdothisarecontrollers,learningfromprocesscontrollersdohaveabilitytoandmustsetcorrectly.SelectingtheforeffectivecontrolisIfastartsaterror(PV=thenfurtherbythecontrollerwillinresponsechangesinotherorunmeasuredinputsprocessontheprocess,andonPV.VariablesthatprocessothertheMVareknowndisturbancesandgenerallycontrollersaretorejectdisturbancesand/orimplementsetpointChangesinfeedadisturbancetheshowerprocess.Intheory,acontrollercantoanyprocesswhichameasurable(PV),aknownvalueforinputtoprocess(MV)thatwilltheControllersareusedinindustryregulatepressure,andpracticallyvariableforwhichameasurementAutomobilecruiseanprocesswhichutilizesautomatedcontrol.theirhistory,simplicity,welltheorysetuprequirements,areofchoiceformanyofthese2.PIDcontrollertheorytheparallelnon-interactingformofcontroller.ForotherformsSectionnotationPIDforms".ThePIDisthreecorrectingconstitutesthe(MV).andDoutarethecontributionsfromthePIDfromofthethreedefinedbelow.ProportionaltermTheproportionaltermachangetotheoutputproportionaltocurrenterrorTheproportionaladjustedbythebyaKp,3theproportionalTheproportionaltermisgivenWhereKp:ProportionalGain,atuninge:=SPPVt:orinstantaneous(thepresent)ChangeofforvaryingproportionalgainresultsaintheoutputforagivenintheIftheproportionaltoounstable(SeetheLoopTuning).Incontrast,inoutputresponsetolargeinputerror,andaresponsivecontroller.Ifthegainistoolow,thecontrolactionmaybetoosmallwhenrespondingsystemdisturbances.Intheofproportionalwillnotatbutwillretainsteadystatefunctionoftheproportionalgainandtheprocessgain.Despitetheoffset,bothtuningtheoryindustrialpracticeindicateitisproportionaltermshouldcontributetheof2.2.IntegralThetheistomagnitudeerrorandthedurationofSummingtheinstantaneouserrorovertheerror)theoffsethaveaccumulatederrorthen4multipliedbythetocontrolleroftotheoverallisdeterminedbythegain,Ki.Theisby:ChangeofforvaryingKiWhereIout:IntegraloutputKi:Gain,parametere:Error=SP−PVτ:TimeinthepastcontributingtointegralresponseThe(whentheofandeliminatestheresidualsteady-stateerrorwithaproportionalcontroller.However,thetermisrespondingtothepast,itpresentvaluetoovershootsetpointvalue(crosssetpointthencreateadeviationinthedirection).Forfurthernotesintegralgaintuningcontrollerstability,seetheonloop2.3DerivativetermTherateofchangeofprocesserrorbydeterminingoftheerroritsfirstderivativerespecttime)thisbymagnitudeofoverallactionistermedderivativeKd.5Thegivenby:hangeofresponsevaryingKdWhereDerivativeKd:parametere:=SPPVt:orinstantaneous(thepresent)TheslowstherateofchangeoftheandeffectismosttothecontrollerHence,theoftheovershootproducedthecomponentimprovethecontroller-processHowever,differentiationofsignalamplifiesnoisethustermincontrollerhighlyintheerroraunstableifnoiseandthegainaresufficiently2.4SummaryTheoutputtheterms,proportional,theintegralandtermscalculateofthePIDcontrolleroutput,finalformofthePIDalgorithmtuningparameters6Kp:ProportionalKpsincetheerror,thetermgainwillleadoscillation.Ki:Kiimplieserrorsareeliminatedquicker.Thetrade-offisovershoot:anynegativetransientresponsemustbeintegratedbypositiveerrorbeforewereachKd:Gain-LargerKdbutslowsleadtoinstabilitysignalnoiseamplificationinthedifferentiationoferror.3.tuningIfcontrollerparametersproportional,derivativearethecontrolledcanwithorwithoutoscillation,islimitedorbreakage.controltheofits(gain/proportionalintegralgain/reset,gain/rate)totheoptimumvaluesforthedesiredcontrolresponse.Theoptimumonasetpointdependingontheapplication.Someprocessesnotallowanoftheprocessvariablethesetpointif,forexample,thiswouldbeunsafe.Otherprocessesmusttheexpendedinreachingsetpoint.Generally,cessesaofnon-linearityandworkwellconditionsdon'tworkupno-load.Thissectionmethodsfortuning.ThereseveralmethodsfortuningPIDmosteffectivemethodsgenerallyinvolvetheofsomeformofP,I,DbaseddynamicManualtuningberelativelyinefficient.Themethodwillonwhetherornotlooptaken"offline"fortuning,andthetimesystem.Ifbetakenoffline,besttuningmethodofteninvolvesstepchangeinput,theoutputfunctionoftime,usingtodeterminetheparameters.aTuning7mathrequired.Onlinemethod.Requirespersonnel.ZieglerNicholsProvenMethod.Onlinemethod.Processaggressivetuning.tuning.orofflineMayincludesensoranalysis.Acessmath.OfflineOnlyforfirst-order3.1ManualIfsystemmethodistoIDtozero.Increasetheuntiltheoutputofoscillates,thenbeapproximatelyofthatforaamplituderesponse.Duntiloffsetsufficienttimefortoomuchwillcauseinstability.I,ifuntiltheloopquickHowever,IwillandAfastPIDovershootsslightlytoreachsetpointmorehowever,acceptincase"over-damped"closed-loopiswhichwillsignificantlythatofthePsettingoscillation.EffectsofincreasingparametersKi

RiseTimeDecreaseDecreaseSmall

shootSettlingIncreaseIncreaseDecrease

SmallChangeIncreaseDecrease

Errorecreasetuningisformallymethod,introducedbyZieglerandNathanielB.NhemethodIandfirstset"P"gainisincreaseduntilitreachesthe"criticalKcatwhichtheoutputof8Kcandtheoscillationaretheasshown:NicholsTypePID

0.5Kc0.6Kc

Ki-1.2Kp/

--KpPc/83.3Mostfacilitiestuneloopsthemanualmethodsabove.PIDtuningoptimizationsoftwareusedconsistentresults.Thesewillgatherthedevelopsoftwarepackagestuninggatheringchanges.MathematicalPIDlooptuninginducesanimpulsethesystem,andthensystem'sfrequencydesignPIDInloopswithresponsetimesofseveralminutes,mathematicallooptuningistrialerrorcandaystofindofloopharderdigitalloopainwhichsetpointaresentcontrolleritselfcalculateoptimaltuningavailabletuneloopaccordingtodifferentcriteria.ModificationsPIDalgorithmThePIDpresentsaddressedmodificationscommonthePIDisintegralcanby:Initializingcontrollerintegraltodesiredvaluefunctionuntiltheenteredthethewhichtheintegralcalculatedtheintegralfromaccumulatingbelow9PIDa(forexample,abeamajorandwearcontroldegradationinofeitherstictionorainmechanicaltoansignal.Therateofmechanicalwearisoftendeviceactivatedmakechange.wearisamayanoutputdeadbandtoreducefrequencyofactivationofoutput(valve).Thisisbymodifyingthesteadyifthechangewould(withinthedefineddeadbandrange).calculatedoutputleavethetheactualoutputwillchange.Theproportionalandtermscanproduceexcessivemovementinwhensystemissubjectedtoaninstantaneous"step"increaseinthesuchasetpointIntheoftheterm,thisistotakingtheofwhichveryinaninstantaneousstepchange.5.LimitationsPIDWhilearetomanypoorlyapplications.PIDcontrollers,whenusedcanreducedsothatsystemoscillatethecontrolsetpointcontrolimprovedcombiningthe(orofaPIDcontrollerwithfeed-forward(orcontrol.Knowledgeaboutsystemasdesiredaccelerationandinertia)can"fedforward"combinedwithPIDtoimprovethesystemThefeed-forwardprovideportionofcontrolleroutput.controllerbeusedrespond"error"setpoint(SP)andtheactualofthevariablethefeed-forwardoutputisnotbytheitcancausecontrolimprovingtheandstability.Forexample,mostinaccelerateamechanicalcontrol,moreorisrequiredfromtheprimeoractuator.Ifcontrollerisbeingusedcontrolspeedoftheloadcommandortorquebeingappliedtheprimemover,thenitbeneficialtotaketheinstantaneousforthescalethatvalueadditofthePIDloopmeanswheneverloadbeingacceleratedora10amountiscommandedtheofthefeedbackvalue.ThePIDinthissituationthefeedbackinformationanyincreaseordecreaseofthecombinedordertoreducetheremainingprocessandthetogether,thecombinedfeed-forwardclosed-loopPIDcanacontrolproblemwithPIDcontrollersisthatarelinear.Thus,performancePIDinnon-linearsystemsACsystems)OftenPIDenhancedasPIDgainfuzzyFurtherpracticalapplicationcanarisefrominstrumentationconnectedtothecontroller.Aenoughsamplingrate,precision,andmeasurementadequateAproblemwiththeDerivativetermisthatsmalloforprocessnoiseamountsofchangeinoutput.Itisoftenfilterthewithafilterinordertohigher-frequencycomponents.filteringandcontrolotherout,soreducingnoisemeansamuchchoice.Alternatively,canbeturnedoffwithlittlecontrol.isusingPIDcontrollerasPIcontroller.CascadeOnedistinctiveadvantageofPIDthattwoPIDcontrollersusedbetterdynamicperformance.ThisisPIDcontrol.IncascadecontroltherearetwoarrangedwithonePIDcontrollingthesetAPIDcontrollerloopcontroller,whichcontrolsprimaryphysicalfluidlevelorThecontrollerinnercontroller,whichreadstheoutputofloopassetusuallycontrollingmorerapidchangingparameter,flowrateoraccelleration.ItmathematicallytheworkingofthecontrollerincreasedandconstantoftheobjectisusingcascadedPhysicalimplementationofInthehistoryofprocessPIDcontrollerwasThesemechanicalcontrollersusedaspringandwereoftenenergizedbyair.Thesepneumaticwereoncethe11analogcontrollerscanfromaoramplifier,aElectronicPIDcontroloftenfoundwithincomplexforexample,positioningofadiskpowerconditioningofasupply,eventhemovement-detectioncircuitofamodernNowadays,largelybeendigitalwithorMostPIDinindustryimplementedininprogrammablelogicorasapanel-mounteddigitalimplementationstheadvantagesarecheapandflexiblewithrespecttotheimplementationofPIDalgorithm.8.AlternativeandPID8.1HereissimplesoftwarethatPIDalgorithm:previous_error=0start:-=Kp*IIKi*error*dtD=(Kd/dt)*(error-previous_error)output+I+Dprevious_error=errorwait(dt)8.2IdealversusPIDformThecontrollerencounteredinandonetuningisthe"standardInthisformtheKpIout,Doutterms,yielding:WhereTiIntegralTime12DerivativeTimeIntheidealinthesectionthegainarerelatedstandardformthroughKd=KpTd.parallelaresimplegains,flexibleform.itistheformhavephysicalinterpretationandgenerallyreservedfortreatmentofthePIDThe"standard"form,mathematically,morecommoninindustry.8.3LaplacethePIDSometimesitregulatorinHavingthePIDcontrollerwrittenintransferofthecontrolledsystem,iteasytodeterminethetransfer8.4Series/representationcontrollerorThisconsistsofPDandcontrollerseries,itmadetobuild.Whenthecontrollersbecamedigital,keptinteractingform.[edit]ReferencesLiptak,(1995).Engineers'ProcessControl.Radnor,Pennsylvania:ChiltonBookCompany,ISBNVan,Doren,(July1,"LoopFundamentals".RedAnOverviewofProportionalIntegralDerivativeforSuccessfulApplicationandImplementation(PDF).on13Articles,tutorialsonPID(10/03/2005).FAQcontrollertuning.Retrieved14PID控制器Wikipedia，免费百科全书比例积分微分控制器PID调节）是一个控制环，广泛地应用于工业控制系统里的反馈机制控器通过调节定值与测量值之间的偏差，给出正确的调整，从而有规律地纠正控制过程。PID控制器算法涉及到三个部分：比例，积分，微分。比例控制是对当前偏差的反应，积分控制是基于新近错误总数的反应微控制则是基于错误变化率的反应三控制的结合可用来调节过程系统例调节阀的位置或加热系统的电源调节根据具体的工艺要求通过PID控器的参数整定从而提供调节作用控制器的响应可以被认为是对系统偏差的响应。注意一点的是算法不一定就是系统或系统稳定性的最佳控制。一些应用可能只需要运用一到两种方法来提供适当的系统控制。这是通过把不想要的控制输出置零取得。在控制系统中存在P,PI,PD,PID调节器PI调器很普遍，因为微分控制对测量噪音非常敏感。积分作用的缺乏可以防止系统根据控制目标而达到它的目标值。图1.PID控器框图注释：由于控制理论和应用领域的差异，很多相关变量的命名约定是常用的。．控制基一个关于控制环类似的例子就是保持水在理想温度，涉及到两个过程，冷、热水的混合。人可以凭触觉估测水的温度。基于此他们设计一个控制行为水头调整过程。重复这个过程，调节热水流直到温度处于期望的稳定值。感觉水温就是对过程值或变量的测量望得到的温度称为给定值制的输出对象和过程的输入对象称为控制参数量值与给定值之间的差就是偏差值高低正常。作为一个控制器在确定温度给值后就以粗略决定改变阀门位置多少及样改变偏差值。首次估计即是PID控器的比例度的确定。当它几乎正确时控器的积分作用就是起着逐渐调整温度的作用分作用就是根据水温变得更热冷以及变化速率来15决定什么时候怎调整那些阀当偏差小时而做了一个大变动当一个大的调整控制器会致超调如果控制器复进行大的变动并且反复越过给定值的改变制将会不稳定。输出值将在期望值或一常量周围摆动，甚至破坏系统稳定性会样做因我们是有智慧的控制人员可以从历史经验中学习PID制器没有学习能力必须正确的设定。为有效的控制系统选择正确的参数被称为整定控制器。如果控制器在零偏差从稳定开始，然后进一步的变化将导致其它一些影响过程的能测量、不能测量值的变化且作用于偏差值上。除主过程以外，其他的对扰动有影响的过程可以用来抑制扰动或实现对目标值的改变。供给水温的变化就构成了对过程的一个扰动。理论上控制器能用来控制可测对象及可以影响偏差的输出输入标准值的所有过程参数。控制器在工业中被用来调节温度，压力，流速，化学组成，速度以及其它任何存在可测量的对象。汽车游览控制就是一个自动化的过程控制的例子。由于它们悠久的历史，简易，良好的理论基础以及简单的设置、维护要求控器被许多应用实践所采纳。2.PID控制理注释这部分描述PID控器想平行或非相互作用的形式于其他形式“其它的表达式和PID形”这部分。PID控制是根据它的三个参数而命名的，三参数结合起来就形成控制参数。因此：Pout，Iout和Dout是制器的个参数，下面分别予以确定。2.1比例度比例度是根据当前的错误值而做出的变动例可以通过恒定的Kp增来调整为比例增益。比例度计算如下：Pout:比度Kp：例系数，协调参数。e:偏差=SP-PVt:时或瞬时时间（当前的）16图2.Kp改后的变化曲线一个高的比例增益产生于一种输出值的大的变化。如果比例增益太高，系统将变得不稳定响地一小的调整产于一小的输出变化，而如果比例增益太低，当对系统振荡作出反映时，控制作用可能太小。缺少扰动的情况下，纯粹的比例控制不能完全解决问题，但是将保留从过程中获得的具有比例增益的功能的稳态偏差管有稳态补偿论工业实践都表明比例度在输出控制中起到大部分的作用。2.2积分值积分值的大小与偏差的大小及持续时间成正比。根据即时的超时的错误改正，进行积累补偿累误差通过积分调后再作用于输出总的控制作用的积分大小由积分时间常数来决定，即，分值计如下：17图3.Ki变化时的反应曲线Iout：积分值Ki:积分时间常数，协调参数e:偏差SP-PVζ：积分时间积分值加速面向设定值的过程运动并且消除残余的只与控制器发生作用的稳态偏差。然而因积分从过去的积累误作出反应起当前的值越过设定（过设定值向其它方向改变）。想了解更多的关于积分和控制器稳定度的知识，请参见关于环路调谐的部分。2.3微分值过程偏差的变化率通过超时错误的斜率来计算（即它第一个关于调节的微分），并增加由微分时间常数Kd引起的变化的速率个控制行为的微分作用的大小称为微分值Kd。微分值计算如下：图4.Kd变时的反应曲线Dout:微分输出值Kd:微分时间常数，协调参数e:偏差SP-PVt:时间或瞬时时间（当前的）18微分作用减缓了控制器输出的变化率种效果最接近于控制器的给定值因此微控制用来降低由积分部分产生的因素并改进控制器过程控制的稳定度是号音对偏差值非常敏感，而且如果噪音和微分度足够大的话，将使系统变得不稳定。2.4摘要三种参数控制的输出值比例积和微分综合起来能够计算出PID调节器的输出计算控制器输出时PID算的最终形式u(t)：协调参数分别是：Kp:比例增益—偏差愈大时Kp也大，比例期补偿更大。过大的比例增益会导致系统的不稳定乃至崩溃。Ki:积分Ki越大，稳态偏差更迅速地被消除。在达到稳态之前，在瞬态响应期间组合的任何误差必须分开。Kd：分Kd越时，越容易调，但是不同扰动区域的信号噪音的瞬态响应可能导致系统的不稳定。3.环调如果PID控制器参数选择的不正确制过程输入可能是不稳定的即它输出有分歧有没有动摇并只通过和或者机械破损是有限的制环的协调根据那些期望控制过程的最佳值来调整它的控制参数。最佳控制行为就是过程能根据应用作出相应的变化过程不允许在设定值以外易变的过程超限如果发生了将是安全的其它过程必须在达到新设定值过程前把用掉的能量减到最小。通常程要求稳定不可因为过程条件和给定值的任何变化而摆动。一些过程有一定的非线性此在系统满负荷下正常工作的参数在系统零负荷下将停止工作部分为环路调谐描述了一些传统的手工方法。19ccPID环调节有几种方法。最有效的方法一般与某种形式的过程模型的发展有关，然后选择的P,I和基于动态模型参数D。手工协调方法相对来说可能没有效率。方法的选择基本依赖于控制环是否可以协调及系统的响应时间果统可被离线工作，最好的协调方法经常与输入的阶跃变化系统有关，输出值的测量作为一个时间函数，并用来确定控制参数。选择一种协调方法方法手工协调

优势没有数学要求。在线方法。

不利条件需要有经验的人员。Ziegler-Nichds证方法，在线方法。

过程干扰，一些反复试验，非常良好的协调。软件工具

一致的协调线或脱机的方法以包括较高的费用和必要的培训。阀门和传感器分析载前模。Cohen-Coon3.1手工调节

良好的过程模型

一些运算，脱机的方法。只有益于第一个命令的过程。如果系统必须保持在线一种协调方法把积分和微分时间常数置零加值到环的输出值摆动，然后，值该大约被设为标准值的四分之一。然增加D直到过程补偿在足够的时间内是正确的。不过D值太将引起不稳定。最后，增加I值如果需要的话，直到那些环在负荷扰动之后可迅速到达给定值值大将引起过度的反应并且超调。快速PID环路调谐通常越过微小动并且能更迅速地达到给定值是些统不能承受超调这采超调闭环系统是有必要的个要求P值确定引起系统摆动的P的一半。参数

上升时间

越过

还原时间S.S偏差KpKiKd

减少减少轻微减少

增加增加减少

轻微改变增加减少

减少消除-3.2Ziegler–Nichols法另一种调节方式方法正式被称为ZieglerNichols方法由约翰G.格勒和纳撒尼尔·B.尼尔斯发明。如同在上的方法内I常开始时先被置零。P值加直至达到值，时闭环输出值稳定Kc和P来象显示的那样设定目标值：20控制类

Kp

Ki

Kd型P

0.5Kc

-

-PI

0.45Kc1.2Kp/Pc

-PID

0.6Kc

2Kp/PcKpPc/3.3PID调节件现在大多数的现代工业设备自动控制环不再使用以上介绍的各种手工计算方法。相应地协和循环优化软件被用来保证结果的确定。这些软件自动收集数据，构建过程模型，并且建立最佳的调节方式。一些软件包甚至能根据参考值的变化规律来开发数据库。数学PID环调节在系统里引起一个推动后根据被控制的系统的频率响应设计PID环标准值。在有几分钟响应时间的环、数学环路调谐中被推荐，因为反复试验要花费数天，而仅仅是为了找到一套稳定的环价值。最佳的控制值更难以发现。一些数字环控制器提供非常小的特征值变化，被送入系统自动控制过程，使控制器本身实现最佳控制。根据不同的性能准则环，还有其他公式对系统是可提供的。4.对PID算法修基于PID算给PID控制应用提了一些挑战理想PID实施的一个普遍问题不可缺少的终了。这可以被处理通过：初始化控制器对期望值不可缺少。整定函数，知道PV已进入可制的区域。限制不可缺少的偏差被计算的时间段。避免不可缺少的时间段高于或低于预设值。许多PID循环控制一个机械设（一个阀门）。机械维护可能是主要的费用，并在对输入信号的机械反应里以某些形式抑制扰动。机械的比率主要是一个设备变动一次的函数。PID能产生一输出值，减小系统出的频率。如果变化缓慢，修改控制器使其输出稳定是可以的。实际输出值改变之前，被计算的输出值必须保持稳定。当系统偏差值增加时，比例、微分控制能产生积极的变动，例如设定值的变动。就微