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          PID控制原理

          作者:何富和 時(shí)間:2015-03-04 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏

            導(dǎo)讀:當(dāng)今的閉環(huán)自動(dòng)控制技術(shù)都是基于反饋的概念以減少不確定性。反饋的要素包括三個(gè)部分:測(cè)量、比較和執(zhí)行。在工程實(shí)際中,應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制,簡(jiǎn)稱(chēng)控制,又稱(chēng)調(diào)節(jié)。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/270437.htm

          控制原理——分類(lèi)

            開(kāi)環(huán)控制

            開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量)對(duì)控制器(controller)的輸入沒(méi)有影響。在這種控制系統(tǒng)中,不依賴(lài)將被控量返送回來(lái)以形成任何閉環(huán)回路。

            閉環(huán)控制

            閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來(lái)影響控制器的輸入,形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋,若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反,則稱(chēng)為負(fù)反饋( Negative Feedback),若極性相同,則稱(chēng)為正反饋,一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋,又稱(chēng)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng),眼睛便是傳感器,充當(dāng)反饋,人體系統(tǒng)能通過(guò)不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒(méi)有眼睛,就沒(méi)有了反饋回路,也就成了一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。另例,當(dāng)一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈,并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源,它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

            階躍響應(yīng)

            階躍響應(yīng)是指將一個(gè)階躍輸入(step function)加到系統(tǒng)上時(shí),系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后,系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差。控制系統(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字來(lái)描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability),一個(gè)系統(tǒng)要能正常工作,首先必須是穩(wěn)定的,從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的;準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、控制精度,通常用穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-state error)來(lái)描述,它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差;快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性,通常用上升時(shí)間來(lái)定量描述。

          ——調(diào)節(jié)方法

            PID是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的一種控制方式,PID調(diào)節(jié)儀表也是工業(yè)控制中最常用的儀表之一,PID 適用于需要進(jìn)行高精度測(cè)量控制的系統(tǒng),可根據(jù)被控對(duì)象自動(dòng)演算出最佳PID控制參數(shù)。

            1.PID常用口訣:

            參數(shù)整定找最佳,從小到大順序查

            先是比例后積分,最后再把微分加

            曲線振蕩很頻繁,比例度盤(pán)要放大

            曲線漂浮繞大灣,比例度盤(pán)往小扳

            曲線偏離回復(fù)慢,積分時(shí)間往下降

            曲線波動(dòng)周期長(zhǎng),積分時(shí)間再加長(zhǎng)

            曲線振蕩頻率快,先把微分降下來(lái)

            動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)

            理想曲線兩個(gè)波,前高后低4比1

            一看二調(diào)多分析,調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低

            2.PID控制器參數(shù)的工程整定,

            各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中P.I.D參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以下可參照:

            溫度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s

            壓力P: P=30~70%,T=24~180s,

            液位L: P=20~80%,T=60~300s,

            流量F: P=40~100%,T=6~60s。

          ——原理特點(diǎn)

            工程實(shí)際中,應(yīng)用最為廣泛調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制,簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制,又稱(chēng)PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史,它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握,或不到精確數(shù)學(xué)模型時(shí),控制理論其它技術(shù)難以采用時(shí),系統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定,這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能有效測(cè)量手段來(lái)獲系統(tǒng)參數(shù)時(shí),最適合用PID控制技術(shù)。PID控制,實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是系統(tǒng)誤差,利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制。

            比例控制

            比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-state error)。

            積分控制

            在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng),如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng)(System with Steady-state Error)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分,隨著時(shí)間的增加,積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣,即便誤差很小,積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大,它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小,直到等于零。因此,比例+積分(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。

            微分控制

            在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后(delay)組件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”,即在誤差接近零時(shí),抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō),在控制器中僅引入 “比例”項(xiàng)往往是不夠的,比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”,它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì),這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,甚至為負(fù)值,從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象,比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。

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