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    什么是PID调节

    2017年11月28日 | 分类: | 366 浏览 | 0 评论

    PID调节到底是什么东西? 


        
    经常看到有关PID调节问题书籍,看来看去看不懂他们再说什么。还有一些技术员一提起PID调节,就摇头,搞不懂呀!那么PID调节的实质是什么?通俗的概念是什么?我们通过图1进行分析。

    此主题相关图片如下,点击图片看大图:

              

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        一个自动控制系统要能很好地完成任务,首先必须工作稳定,同时还必须满足调节过程的质量指标要求。即:系统的响应快慢、稳定性、最大偏差等。很明显,自动控制系统总希望在稳定工作状态下,具有较高的控制质量,我们希望持续时间短、超调量小、摆动次数少。为了保证系统的精度,就要求系统有很高的放大系数,然而放大系数一高,又会造成系统不稳定,甚至系统产生振荡。反之,只考虑调节过程的稳定性,又无法满足精度要求。因此,调节过程中,系统稳定性与精度之间产生了矛盾。

        如何解决这个矛盾,可以根据控制系统设计要求和实际情况,在控制系统中插入“校正网络”,矛盾就可以得到较好解决。这种“校正网络”,有很多方法完成,其中就有PID方法。

        简单的讲,PID“校正网络”是由比例积分PI和比例微分PD"元件组"成的。为了说明问题,这里简单介绍一下比例积分PI和比例微分PD。

    微分:

        从电学原理我们知道,见图2,当脉冲信号通过RC电路时,电容两端电压不能突变,电流超前电压90°,输入电压通过电阻R向电容充电,电流在t1时刻瞬间达到最大值,电阻两端电压Usc此刻也达到最大值。随着电容两端电压不断升高,充电电流逐渐减小,电阻两端电压Usc也逐渐降低,最后为0,形成一个锯齿波电压。这种电路称为微分电路,由于它对阶跃输入信号前沿“反应”激烈,其性质有加速作用。

    积分:

        我们再来看图3,脉冲信号出现时,通过电阻R向电容充电,电容两端电压不能突变,电流在t1时刻瞬间达到最大值,电阻两端电压此刻也达到最大值。电容两端电压Usc随着时间t不断升高,充电电流逐渐减小,最后为0,电容两端电压Usc也达到最大值,形成一个对数曲线。这种电路称为积分电路,由于它对阶跃输入信号前沿“反应”迟缓,其性质是“阻尼”缓冲作用。

               
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    2.jpg
     

    插入校正网络的情况

       现在我们首先讨论自动控制系统引入比例积分PI的情况,见图4。曲线PI(1)对阶跃信号的响应特性曲线,当t=0时,PI的输出电压很小,(由比例系数决定)当t>0时,输出电压按积分特性线性上升,系统放大系数Ue线性增大。这就是说,当系统输入端出现大的误差时,控制输出电压不会立即变得很大,而是随着时间的推移和系统误差不断地减小,PI的输出电压不断增加,既,系统放大系数Ue不断线性增大。我们称这种特性为系统阻尼。决定阻尼系数因素是PI比例系数和积分时间常数。要不断提高控制系统的质量,就要不断改变PI比例系数和积分时间常数。

                          
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    3.jpg 

        我们再讨论控制系统引入比例微分PD的情况,见图4。曲线PD(2)对输入信号的响应特性曲线,当t=0时,PD使系统放大系数Ue骤增。这就是说,当系统输入端出现误差时,控制输出电压会立即变大。我们称这种特性为加速作用。可以看出,过强的微分信号会使控制系统不稳定。所以在使用中,必须认真调节PD比例系数和微分时间常数。

       为妥善解决系统稳定性与精度之间的矛盾,往往将比例积分PI与比例微分PD组合使用,形成“校正网络”,也称PID调节。PID调节特性曲线PID(3)(图4),是PI、PD特性曲线合成的。适当的调节PI、PD上述各系数,就能保证控制系统即快又稳的工作。

    结论:

       PID调节器实际是一个放大系数可自动调节的放大器,动态时,放大系数较低,是为了防止系统出现超调与振荡。静态时,放大系数较高,可以蒱捉到小误差信号,提高控制精度



    PID调节

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