比例积分微分(PID)控制器

比例积分微分(PID)控制器

描述:

自动控制系统由被控对象和控制两部分组成。控制器按实际需要要以某种规律向被控对象发出控制信号,以达到预期的控制目的。控制器是对偏差信号进行加工、处理的重要环节,其输出信号随偏差信号的变化而变化的规律称为控制规律,故称为控制算法。到目前为止在工业过程控制中,采用PID控制已到达六七十年之久,在现在的各种控制手段中,PID仍占有重要地位。

简单来说PID控制,其实质是不让偏差信号直接控制闭环系统,而是先将偏差信号作一些数学处理,需要经过放大、积分、微分处理后,才去控制闭环系统。

在工业过程控制中,按被控对象的实时数据采集的信息与给定值比较产生的误差的比例、积分和微分进行控制的控制系统,简称PID控制系统。

一、PID框图如下:

比例积分微分(PID)控制器

二、PID控制中P、I、D的功能优缺点如下:

1、P(比例控制器)优缺点:

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。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。

比例控制速度快,但是有静差。

2、I(积分控制器)优缺点

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。

积分控制虽能消除静差,但是控制过程慢。

比例和积分两种控制器的优缺点正好相反,如果将两者合理结合,取长补短,就是所谓的PI(比例积分控制器),PI控制器的比例作用使得系统动态响应速度加快,而积分作用又使得系统的静态性能显著提高,实现了无静差控制,在工业控制中得到了极其广泛的应用,无静差闭环控制系统以及变频内部电路均是PI控制器作为基础的。

3、D(微分控制器)优缺点

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。

微分作用主要是用来克服被控对象的滞后,常用于温度控制系统。

微分控制则可以抑制过大的超调量,提高稳定性,加快过渡过程。

微分控制规律虽然有"预见"信号变化的趋势优点,但是也存在着放大干扰信号的缺点

微分控制的这种预测到下一步的变化趋势,并及时采取措施以控制系统的性能,就是PD控制的"预见性", "预见性"和"超前性"是比例微分控制规律的突出优点,这有助于系统的稳定性。

三、比例积分微分(PID)控制器

如上所述,比例控制速度快,积分控制可以减小或消除静差,提高精度;而微分控制则可以抑制过大的超调量,提高稳定性,加快过渡过程,如果在比例控制的基础上再引入积分、微分控制,三者结合起来,就形成了比例积分微分控制器(简称PID),使系统到达更好的控制效果。

比例积分微分(PID)控制器

结论:PID控制器在温度控制仪表上用的比较多,谢谢大家的阅读,祝大学习愉快!


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