PID控制器綜合了比例、積分和微分控制規律,本文總結了各種控制規律的特點及使用場合,供大家比較使用。
PID控制規律比例控制的輸出信號與輸入偏差成比例關系。偏差一旦產生,控制器立即產生控制作用以減小偏差,是最基本的控制規律。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差。
PID控制規律對于一個自動控制系統,如果在進入穩態后存在穩態誤差,則稱這個系統是有差系統。為了消除穩態誤差,必須引入積分控制規律。積分作用是對偏差進行積分,隨著時間的增加,積分輸出會增大,使穩態誤差進一步減小,直到偏差為零,才不再繼續增加。因此,采用積分控制規律的主要目的就是使系統無穩態誤差,提高系統的準確度。積分作用的強弱取決于積分時間常數TI,TI越大,積分作用越弱,反之則越強。由于積分引入了相位滯后,使系統穩定性變差。因此,積分控制一般不單獨使用,通常結合比例控制構成比例積分(PI)控制器。
PID控制規律在微分控制中,控制器的輸出與輸入偏差信號的微分(即偏差的變化率)成正比關系。可減小超調量,并能在偏差信號的值變得太大之前,在系統中引入一個有效的早期修正信號,從而加快系統的動作速度,減少調節時間。微分控制反映偏差的變化率,只有當偏差隨時間變化時,微分控制才會對系統起作用,而對無變化或緩慢變化的對象不起作用。因此微分控制在任何情況下不能單獨與被控制對象串聯使用。 需要說明的是,對于一臺實際的PID控制器,如果把微分時間TD調到零,就成為一臺比例積分控制器;如果報積分時間TI放大到最大,就成了一臺比例微分控制器;如果把微分時間調到零,同時把積分時間放到最大,就成了一臺純比例控制器。由于PID控制規律綜合了比例、積分、微分三種控制規律的優點,具有較好的控制性能,因而應用范圍更廣。
PID控制器可以調整的參數是KP、TI、TD。適當選取這三個參數的數值,可以獲得較好的控制質量,實際應用過程中很多工程技術人員對PID參數整定不是很數量,這是應選擇自整定功能強和控制算法先進的人工智能調節器,方便獲得最佳的PID參數。在選擇PID控制規律時,應根據被控對象的動態、靜態特性以及實際控制要求和控制品質來選擇。
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