PID基本概念 P、I、D參數的作用是什么?

時間:2021-05-02 09:01:45 來源:藍天音樂廳點擊:

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PID控制中有P、I、D三個參數,只有明白這三個參數的含義和作用才能完成控制器PID參數整定,讓控制器到達最佳控制效果。能熟練進行PID參數整定,將自動控制系統投自動,這代表著工程技術人員的自動化技能水平,但很多人并未真正掌握PID控制和PID參數整定。

本文給大家介紹PID控制中P、I、D參數的作用。

比例作用

比例控制器實際上就是個放大倍數可調的放大器,即△P=Kp×e,式中Kp為比例增益,即Kp可大于1,也可小于1;e為控制器的輸入,也就是測量值與給定值之差,又稱為偏差。

要說明的是,對于大多數模擬控制器而言,都不采用比例增益Kp作為刻度,而是用比例度來刻度,即δ=1/Kc×100%。也就是說比例度與控制器的放大倍數的倒數成比例;控制器的比例度越小,它的放大倍數越大,偏差放大的能力越大,反之亦然。

明白了上述關系,就可知道: 比例度越大,控制器的放大倍數越小,被控參數的曲線越平穩;比例度越小,控制器的放大倍數越大,被控參數的曲線越波動。

比例控制有個缺點,就是會產生余差,要克服余差就必須引入積分作用。

積分作用

控制器的積分作用就是為了消除自控系統的余差而設置的。所謂積分,就是隨時間進行累積的意思,即當有偏差輸入e存在時,積分控制器就要將偏差隨時間不斷累積起來,也就是積分累積的快慢與偏差e的大小和積分速度成正比。只要有偏差e存在,積分控制器的輸出就要改變,也就是說積分總是起作用的, 只有偏差不存在時,積分才會停止。

對于恒定的偏差,調整積分作用的實質就是改變控制器輸出的變化速率,這個速率是通過積分作用的輸出等于比例作用的輸出所需的一段時問來衡量的。積分時間小,表示積分速度大,積分作用就強;反之,積分時問大,則積分作用就弱。如果積分時間無窮大,表示沒有積分作用,控制器就成為純比例控制器。

實際上積分作用很少單獨使用,通常與比例作用一起使用,使其既具有把偏差放大(或縮小)的比例作用,又具有將偏差隨時間累積的積分作用,且其作用方向是一致的。這時控制器的輸出為:△P=Ke+△Pi,式中△P為控制器輸出值的變化;Ke為比例作用引起的輸出;△Pi為積分作用引起的輸出。

微分作用

微分作用主要是用來克服被控對象的滯后,常用于溫度控制系統。除采用微分作用外,在使用控制系統時要注意測量傳送的滯后問題,如溫度測量元件的選擇和安裝位置等。

在常規PID控制器中,微分作用的輸出變化與微分時間和偏差變化的速度成比例,而與偏差的大小無關,偏差變化的速度越大,微分時間越長,則微分作用的輸出變化越大。但如果微分作用過強,則可能由于變化太快而由其自身引起振蕩,使控制器輸出中產生明顯的“尖峰”或“突跳”。

為了避免這一擾動,在 PID調節器和DCS中可使用微分先行PID運算規律,即只對測量值PV進行微分,當人工改變控制器的給定值SP時,不會造成控制器輸出的突變,避免了改變SP的瞬間給控制系統帶來的擾動。如TDC-3000,則在常規PID算法中增加一個軟開關,組態時供用戶選擇控制器對偏差、還是測量值進行微分。

當輸入階躍信號后,微分器一開始輸出的最大變化值與微分作用消失后的輸出變化的比值就是微分放大倍數Kd,即微分增益,微分増益的單位是時間, 設置微分時間(或者微分增益)為零會取消微分的功能。

為便于記住比例、積分、微分三個作用,特抄錄三個順口溜供大家參考。

比例作用順口溜

比例州節器,像個放大器;

一個偏差來,放大送出去;

放大是多少,旋鈕看仔細;

比例度旋大,放大倍數低。

積分作用順口溜

重定調節器,累積有本領;

只要偏差在,累積不停止;

累積快與慢,旋鈕看仔細;

積分時間長,累積速度低。

微分作用順口溜

說起微分器,一點不神秘;

階躍輸入來,輸出跳上去;

下降快與慢,旋鈕看仔細;

微分時間長,下降就慢些。

關于重定調節器的說明:重定就是重新給定的意思,因為控制器中積分作用就是完成重定工作的。以前把比例積分控制器叫做重定調節器。

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PID調節系統PID功能由PID調節器或DCS系統內部功能程序模塊實現,了解與PID調節相關的一些基本概念,有助于PID入門新手快速熟悉調節器應用,在自動調節系統中成功整定PID參數。

本文介紹必須熟透于心的15個PID基本概念。

一首PID詩

1、被調量

被調量就是反映被調對象的實際波動的量值。被調量是經常變化的。

2、設定值

PID調節器設定值就是人們期待被調量需要達到的值。設定值可以是固定的,也可以是變化的。

3、控制輸出

控制輸出指PID調節器根據被調量的變化情況運算之后發出的讓外部執行結構按照它的要求動作的指令。在PID調節器和執行機構之間還會有其他環節,比如限幅、伺服放大器等。限幅功能通常在PID調節器內完成;如果如果將PID、限幅和伺服放大器功能做在一臺儀表內就構成閥位控制PID調節器;將伺服放大器和限幅做在執行機構里就構成智能執行機構。

4、輸入偏差

輸入偏差時被調量和設定值之間的差值

5、P(比例)

P就是比例作用,簡單說就是輸入偏差乘以一個系數。

6、I(積分)

I就是積分,簡單說就是將輸入偏差進行積分運算。

7、D(微分)

D就是微分,簡單說就是將輸入偏差進行微分運算

8、PID基本公式

PID調節器參數整定過程通俗講就是先把系統調為純比例作用,逐步增強比例作用讓系統振蕩,記錄下比例作用和振蕩周期,然后這個比例作用乘以0.6,積分作用適當延長。

KP=0.6Km

KD=KP×π/4ω

KI=KP×ω/π

公式中KP為比例控制參數;KD為積分控制參數;KI為微分控制參數;Km為系統開始振蕩是的比例值;ω為極坐標下振蕩時的頻率

9、單回路

單回路就是只有一個PID的調節系統。

10、串級

一個PID不夠用,串級就是把兩個PID串接起來形成一個串級調節系統,也被成為雙回路調節系統。串級調節系統里PID調節器有主調和副調之分。

在串級調節系統中要調節被調量的PID叫做主調,輸出直接去指揮執行器動作的PID叫做副調,主調的控制輸出進入副調作為副調的設定值。主調選用單回路PID調節器,副調選用外給定調節器。

11、正作用

對于PID調節器而言,控制輸出隨被調量增高而增高,隨被調量減少而減少的作用,叫做PID正作用。

12、反作用

對于PID調節器而言,控制輸出隨被調量增高而降低,隨被調量減少而增高的作用,叫做PID反作用。

13、動態偏差

在調節過程中,被調量和設定值之間的偏差隨時改變,任意時刻兩者之間的偏差叫做動態偏差。

14、靜態偏差

調節趨于穩定之后,被調量和設定值之間還存在的偏差交靜態偏差。消除靜態偏差是通過PID調節器積分作用來實現的。

15、回調

調節器調節作用顯示,使被調量開始由上升變為下降,或者由下降變為上升趨勢成為回調。

P,I,D是三種不同的調節作用,既可以單獨使用(P,I,D),也可以兩個兩個用(PI,PD),也可以三個一起用(PID)。

本文網址:http://www.biparsciences.com//news/2854.html

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