PID中各个参数意义

2023-05-16

1.比例部分:PID是比例、积分、微分的简称,PID控制的难点不是编程,而是控制器的参数整定。

增大比例系数使系统反应灵敏,调节速度加快,并且可以减小稳态误差。但是比例系数过大会使超调量增大,振荡次数增加,调节时间加长,动态性能变坏,比例系数太大甚至会使闭环系统不稳定。

单纯的比例控制很难保证调节得恰到好处,完全消除误差。

2.积分部分;积分控制相当于根据当时的误差值,周期性地微调电位器的角度,每次调节的角度增量值与当时的误差值成正比。温度低于设定值时误差为正,积分项增大,使加热电流逐渐增大,反之积分项减小。因此只要误差不为零,控制器的输出就会因为积分作用而不断变化。积分调节的“大方向”是正确的,积分项有减小误差的作用。一直要到系统处于稳定状态,这时误差恒为零,比例部分和微分部分均为零,积分部分才不再变化,并且刚好等于稳态时需要的控制器的输出值,因此积分部分的作用是消除稳态误差,提高控制精度,积分作用一般是必须的。

3.微分部分;闭环控制系统的振荡甚至不稳定的根本原因在于有较大的滞后因素。因为微分项能预测误差变化的趋势,这种“超前”的作用可以抵消滞后因素的影响。适当的微分控制作用可以使超调量减小,增加系统的稳定性。对于有较大的滞后特性的被控对象,如果PI控制的效果不理想,可以考虑增加微分控制,以改善系统在调节过程中的动态特性。如果将微分时间设置为0,微分部分将不起作用。微分控制的缺点是对干扰噪声敏感,使系统抑制干扰的能力降低。为此可在微分部分增加惯性滤波环节。

4.PID参数的调整方法:在整定PID控制器参数时,可以根据控制器的参数与系统动态性能和稳态性能之间的定性关系,用实验的方法来调节控制器的参数。有经验的调试人员一般可以较快地得到较为满意的调试结果。在调试中最重要的问题是在系统性能不能令人满意时,知道应该调节哪一个参数,该参数应该增大还是减小。

   为了减少需要整定的参数,首先可以采用PI控制器。为了保证系统的安全,在调试开始时应设置比较保守的参数,例如比例系数不要太大,积分时间不要太小,以避免出现系统不稳定或超调量过大的异常情况。给出一个阶跃给定信号,根据被控量的输出波形可以获得系统性能的信息,例如超调量和调节时间。应根据PID参数与系统性能的关系,反复调节PID的参数。

   如果阶跃响应的超调量太大,经过多次振荡才能稳定或者根本不稳定,应减小比例系数、增大积分时间。如果阶跃响应没有超调量,但是被控量上升过于缓慢,过渡过程时间太长,应按相反的方向调整参数。

   如果消除误差的速度较慢,可以适当减小积分时间,增强积分作用。

   反复调节比例系数和积分时间,如果超调量仍然较大,可以加入微分控制,微分时间从0逐渐增大,反复调节控制器的比例、积分和微分部分的参数。

   总之,PID参数的调试是一个综合的、各参数互相影响的过程,实际调试过程中的多次尝试是非常重要的,也是必须的。
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