pid是工业生产中最常用的一种控制方式。当今的自动控制技术都是基于反馈的概念,反馈理论的要素包括三个部分:测量、执行和比较。测量关心的变量,与期望值相比较,用这个误差纠正调节控制系统的响应。
pid(比例(proportion)、积分(integration)、微分(differentiation))控制器作为最早实用化的控制器已有近百年历史,现在仍然是应用最广泛的工业控制器。pid控制器简单易懂,使用中不需精确的系统模型等先决条件,因而成为应用最为广泛的控制器。
pid控制器由比例单元(p)、积分单元(i)和微分单元(d)组成。
pid控制器的三个最基本的参数:kp,ki,kd。
p,i,d是三种不同的调节作用,既可以单独使用(p,i,d),也可以两个两个用(pi,pd),也可以三个一起用(pid)。
需要控制的量,比如水温,有它现在的『当前值』,也有我们期望的『目标值』。
当两者差距不大时,就让加热器“轻轻地”加热一下。要是因为某些原因,温度降低了很多,就让加热器“稍稍用力”加热一下。
要是当前温度比目标温度低得多,就让加热器“开足马力”加热,尽快让水温到达目标附近。
这就是p的作用,跟开关控制方法相比,是不是“温文尔雅”了很多
实际写程序时,就让偏差(目标减去当前)与调节装置的“调节力度”,建立一个一次函数的关系,就可以实现最基本的“比例”控制了~
kp越大,调节作用越激进,kp调小会让调节作用更保守。
要是你正在制作一个平衡车,有了kp的作用,你会发现,平衡车在平衡角度附近来回“狂抖”,比较难稳住。
刚才我们有了p的作用。你不难发现,只有p好像不能让平衡车站起来,水温也控制得晃晃悠悠,好像整个系统不是特别稳定,总是在“抖动”。
设想一个弹簧:现在在平衡位置上。拉它一下,然后松手。这时它会震荡起来。因为阻力很小,它可能会震荡很长时间,才会重新停在平衡位置。
请想象一下:要是把上图所示的系统浸没在水里,同样拉它一下 :这种情况下,重新停在平衡位置的时间就短得多。
我们需要一个控制作用,让被控制的物理量的“变化速度”趋于0,即类似于“阻尼”的作用。
因为,当比较接近目标时,p的控制作用就比较小了。越接近目标,p的作用越温柔。有很多内在的或者外部的因素,使控制量发生小范围的摆动。d的作用就是让物理量的速度趋于0,
只要什么时候,这个量具有了速度,d就向相反的方向用力,尽力刹住这个变化。
kd参数越大,向速度相反方向刹车的力道就越强。
以热水为例。假如有个人把我们的加热装置带到了非常冷的地方,开始烧水了。需要烧到50℃。
在p的作用下,水温慢慢升高。直到升高到45℃时,他发现了一个不好的事情:天气太冷,水散热的速度,和p控制的加热的速度相等了。
这可怎么办?
p想:我和目标已经很近了,只需要轻轻加热就可以了。 d想:加热和散热相等,温度没有波动,我好像不用调整什么。于是,水温永远地停留在45℃,永远到不了50℃。
作为一个人,根据常识,我们知道,应该进一步增加加热的功率。可是增加多少该如何计算呢?
设置一个积分量。只要偏差存在,就不断地对偏差进行积分(累加),并反应在调节力度上。
这样一来,即使45℃和50℃相差不太大,但是随着时间的推移,只要没达到目标温度,这个积分量就不断增加。
系统就会慢慢意识到:还没有到达目标温度,该增加功率啦!
到了目标温度后,假设温度没有波动,积分值就不会再变动。这时,加热功率仍然等于散热功率。但是,温度是稳稳的50℃。
ki的值越大,积分时乘的系数就越大,积分效果越明显。
所以,i的作用就是,减小静态情况下的误差,让受控物理量尽可能接近目标值。
i在使用时还有个问题:需要设定积分限制。防止在刚开始加热时,就把积分量积得太大,难以控制。
参数整定找更佳,从小到大顺序查
先是比例后积分,最后再把微分加
曲线振荡很频繁,比例度盘要放大
pid调节仪
曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳
曲线偏离回复慢,积分时间往下降
曲线波动周期长,积分时间再加长
曲线振荡频率快,先把微分降下来
动差大来波动慢。微分时间应加长
理想曲线两个波,前高后低4比1
一看二调多分析,调节质量不会低
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