PID控制算法VIP免费

PID（Proportional Integral Differential）控制是比例、积分、微分控制的简称。在自动控制领域中，PID 控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。 PID 控制器的原理是根据系统的被调量实测值与设定值之间的偏差，利用偏差的比例、积分、微分三个环节的不同组合计算出对广义被控对象的控制量。图 1是常规 PID 控制系统的原理图。 其中虚线框内的部分是PID 控制器，其输入为设定值 )(tr与被调量实测值)(ty构成的控制偏差信号)(te: )(te=)(tr-)(ty (1) 其输出为该偏差信号的比例、积分、微分的线性组合，也即 PID 控制律： ])()(1)([)(0tDIPdttdeTdtteTteKtu (2) 式中，PK 为比例系数；DT 为积分时间常数；DT 为微分时间常数。 根据被控对象动态特性和控制要求的不同，式(2)中还可以只包含比例和积分的 PI 调节或者只包含比例微分的PD 调节。下面主要讨论 PID 控制的特点及其对控制过程的影响、数字 PID 控制策略的实现和改进，以及数字 PID 控制系统的设计和控制参数的整定等问题。 1．PID 控制规律的特点 （1）比例控制器 比例控制器是最简单的控制器，其控制规律为 0)()(uteKtuP (3) 式中，Kp 为比例系数；0u 为控制量的初值，也就是在启动控制系统时的控制量。图 2 所示是比例控制器对单位阶跃输入的阶跃响应。 由图 2 可以看到，比例控制器对于偏差是及时反应的，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用使被控量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱 取 决于比例系数Kp。 图 2 比例控制器的阶跃响应 比例控制器虽然简单快速，但对于具有自平衡性（即系统阶跃响应终值为一有限值）的被控对象存在静差。加大比例系数Kp 虽然可以减小静差，但当 Kp过大时，动态性能会变差，会引起被控量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。 （2）比例积分控制器 为了消除在比例控制中存在的静差，可在比例控制的基础上加上积分控制作用，构成比例积分 PI 控制器，其控制规律为 00)(1)()(udtteTteKtutiP 式中， 称为积分时间。图 3 所示为 PI 控制器对单位阶跃输入的阶跃响应。 PI 控制器对偏差的作用有两个部分：一个是按比例部分的成分，另一个是带有累积的成分（即呈一定斜率变化的部分），这就是积分控制部分的作用。只要偏差存在，积分将起作用，将偏差累计，并对控制量产生影响，即偏差减小，直至偏差为零，积分作用才会停止。 因此，加入积分环节将有...