目錄

1、PID算法的基本理論

1.1 PID?控制的基本概念

1.2 基本公式

1.3?PID控制系統(tǒng)原理圖

2、在simulink中搭建PID控制器模型及調(diào)參

?3、調(diào)參

1、PID算法的基本理論

1.1 PID?控制的基本概念

PID 控制器是一種比例、積分、微分并聯(lián)控制器。它是最廣泛應(yīng)用的一種控制器。在 PID 控制器中，它的數(shù)學(xué)模型由比例、積分、微分三部分組成。

1.2 基本公式

PID控制是一種線性控制，它是將給定值與實(shí)際值構(gòu)成的控制偏差：

?的比例(P)、積分(I)、微分(D)進(jìn)行線性組合構(gòu)成控制量，將被控對象進(jìn)行控制。其模擬表達(dá)式為：

?其中：

?一控制器的輸出。

一控制器輸入，它是給定值和被控對象輸出值的差，稱偏差信號。

一控制器的比例系數(shù)。

一控制器的積分時間。

一控制器的微分時間。

傳遞函數(shù)形式為：

上式中，為比例系數(shù)，為積分時間常數(shù)，為微分時間常數(shù)。

1.3?PID控制系統(tǒng)原理圖

?

2、在simulink中搭建PID控制器模型及調(diào)參

小羅哥將在simulink中使用兩種不同的方法來搭建一個PID控制器來控制一個簡單的二階系統(tǒng)。

在沒有添加任何控制器時，我們可以看到這個系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間較慢，且峰值較高。

?

（1） 第一種方法是使用simulink提供的Gain、Integrator和Derivative模塊，構(gòu)成PID控制器，再使用Transfer Fcn模塊提供傳遞函數(shù)，最終結(jié)果使用Scope模塊就行觀察，在系統(tǒng)中我們輸入信號1。

在圖中上部分傳遞函數(shù)未使用PID進(jìn)行控制，在結(jié)果中明顯可以看出PID控制對整個控制而言改善了很多，達(dá)到我們對控制系統(tǒng)快、穩(wěn)、準(zhǔn)的要求。

?使用這種方法搭建控制器是比較原始的，其在調(diào)節(jié)參數(shù)時也是需要一定的青經(jīng)驗(yàn)和時間，在調(diào)節(jié)參數(shù)時我一般先使積分和微分環(huán)節(jié)為零，先調(diào)整比例環(huán)節(jié)，再使微分環(huán)節(jié)為零調(diào)整積分，將微分放在最后。

（2） 使用simulink自帶的PID 控制模塊。

方法（1）對于剛接觸PID的大佬來說還是比較麻煩的，所以在simulink中我們可以使用PID模塊進(jìn)行控制，這個模塊的唯一好處是可以自動調(diào)參。在圖中上部分的傳遞函數(shù)是未使用任何控制器的控制系統(tǒng)，而在下部分中我們用到了PID Controller控制器。

?我們可以看到，藍(lán)線部分為我們使用PID模塊但未進(jìn)行任何調(diào)參處理的圖形。

在這里我們可以雙擊PID模塊，選擇點(diǎn)擊自動調(diào)節(jié)里的調(diào)節(jié)按鈕?，MATLAB在打開調(diào)節(jié)界面使可能會有些慢，請耐心等待。

在這里，我們可以點(diǎn)擊重置設(shè)計對參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，可以看到，虛線部分為我們原系統(tǒng)未進(jìn)行任何調(diào)節(jié)的曲線，而實(shí)線部分為使用PID算法得到的曲線，在這個界面我們還可以對響應(yīng)時間和瞬態(tài)特性進(jìn)行直觀地調(diào)整，在調(diào)整完成之后只需要點(diǎn)擊更新模塊即可

?

返回PID模塊設(shè)置界面我們可以對P、I或者D進(jìn)行微調(diào)，文章最后是我調(diào)節(jié)參數(shù)的一點(diǎn)新得體會。如有不足之處還請各位大佬批評指正。

?3、調(diào)參

在調(diào)節(jié)參數(shù)時我一般先使積分和微分環(huán)節(jié)為零，先調(diào)整比例環(huán)節(jié)，再使微分環(huán)節(jié)為零調(diào)整積分，將微分放在最后。

（1）比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即有控制作用，使控制量朝著減小偏差的方向變化，控制作用強(qiáng)弱取決于比例系數(shù),越大，則過渡過程越短，控制結(jié)果的穩(wěn)態(tài)誤差也越?。旱酱?，超調(diào)量也越大，越容易產(chǎn)生振滿，導(dǎo)致動態(tài)性能變壞，甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。故而，比例系數(shù)，選擇必須適當(dāng)，才能取得過渡時間少、穩(wěn)態(tài)誤差小而又穩(wěn)定的效果。

（2）積分環(huán)節(jié)：主要用于消除偏差，只要存在偏差，則它的控制作用就會不斷地積累，輸出控制量以消除偏差?？梢姡e分部分的作用可以消除系統(tǒng)的偏差?？墒欠e分作用具有滯后特性，積分控制作用太強(qiáng)會使系統(tǒng)超調(diào)加大，控制的動態(tài)性能變差，甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分時間對積分部分的作用影響極大。當(dāng)較大時，則積分作用較弱，這時，有利于系統(tǒng)減小超調(diào)，過渡過程不易產(chǎn)生振蕩。但是消除誤差所需時間較長。較小時，則積分作用較強(qiáng)。這時系統(tǒng)過渡過程中有可能產(chǎn)生振蕩，消除誤差所需的時間較短。

?（3）微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號的變化趨勢，微分控制得出偏差的變化趨勢，增大微分控制作用可加快系統(tǒng)響應(yīng)，減小超調(diào)量，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但使系統(tǒng)抑制干擾的能力降低。微分部分的作用強(qiáng)弱由微分時間決定。越大，則它抑制變化的作用越強(qiáng)，越小，它反抗變化的作用越弱。它對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大的影響。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-438940.html

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