PID算法经验汇总.doc

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1、PID算法原理（一）PID算法及PWM控制技术简介1.1PID算法控制算法是微机化控制系统的一个重要组成部分，整个系统的控制功能主要由控制算法来实现。目前提出的控制算法有很多。根据偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）进行的控制，称为PID控制。实际经验和理论分析都表明，PID控制能够满足相当多工业对象的控制要求，至今仍是一种应用最为广泛的控制算法之一。下面分别介绍模拟PID、数字PID及其参数整定方法。1.1.1模拟PID在模拟控制系统中，调节器最常用的控制规律是PID控制，常规PID控制系统原理框图如图1.1所示，系统由模拟PID调节器、执行机构及控制对象

2、组成。图1.1模拟PID控制系统原理框图PID调节器是一种线性调节器，它根据给定值与实际输出值构成的控制偏差：=－（1.1）将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，故称为PID调节器。在实际应用中，常根据对象的特征和控制要求，将P、I、D基本控制规律进行适当组合，以达到对被控对象进行有效控制的目的。例如，P调节器，PI调节器，PID调节器等。模拟PID调节器的控制规律为（1.2）式中，为比例系数，为积分时间常数，为微分时间常数。简单的说，PID调节器各校正环节的作用是：（1）比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号,偏差一旦产生，

3、调节器立即产生控制作用以减少偏差；（2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数，越大，积分作用越弱，反之则越强；（3）微分环节：能反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。由式1.2可得，模拟PID调节器的传递函数为（1.3）由于本设计主要采用数字PID算法，所以对于模拟PID只做此简要介绍。1.1.2数字PID在DDC系统中，用计算机取代了模拟器件，控制规律的实现是由计算机软件来完成的。因此，系统中数字控制的设计，实际上是

4、计算机算法的设计。由于计算机只能识别数字量，不能对连续的控制算式直接进行运算，故在计算机控制系统中，首先必须对控制规律进行离散化的算法设计。为将模拟PID控制规律按式（1.2）离散化，我们把图1.1中、、、在第n次采样的数据分别用、、、表示，于是式（1.1）变为：=－（1.4）当采样周期T很小时可以用T近似代替，可用近似代替，“积分”用“求和”近似代替，即可作如下近似（1.5）（1.6）这样，式（1.2）便可离散化以下差分方程（1.7）上式中是偏差为零时的初值,上式中的第一项起比例控制作用,称为比例（P）项,即（1.8）第二项起积分控制作用,称为积分（I）项即（

5、1.9）第三项起微分控制作用,称为微分（D）项即（1.10）这三种作用可单独使用(微分作用一般不单独使用)或合并使用,常用的组合有:P控制:（1.11）PI控制:（1.12）PD控制:（1.13）PID控制:（1.14）式（1.7）的输出量为全量输出,它对于被控对象的执行机构每次采样时刻应达到的位置。因此,式（1.7）又称为位置型PID算式。由（1.7）可看出，位置型控制算式不够方便，这是因为要累加偏差,不仅要占用较多的存储单元，而且不便于编写程序，为此对式（1.7）进行改进。根据式（1.7）不难看出u(n-1)的表达式，即（1.15）将式（1.7）和式（1.1

6、5）相减，即得数字PID增量型控制算式为（1.16）从上式可得数字PID位置型控制算式为（1.17）式中：称为比例增益；称为积分系数；称为微分系数[1]。数字PID位置型示意图和数字PID增量型示意图分别如图1.2和1.3所示：图1.2数字PID位置型控制示意图图1.3数字PID增量型控制示意图PID算法原理（二）　　比例，积分，微分的线性组合，构成控制量u(t)，称为：比例(Proportional)、积分(Integrating)、微分(Differentiation)控制，简称PID控制图1　　控制器公式　　在实际应用中，可以根据受控对象的特性和控制的性能

7、要求，灵活地采用不同的控制组合，构成比例(P)控制器　　比例+积分(PI)控制器　　比例+积分+微分(PID)控制器　　式中　　或　　式中　　控制系统中的应用　　在单回路控制系统中，由于扰动作用使被控参数偏离给定值，从而产生偏差。自动控制系统的调节单元将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏差进行比例、积分、微分(PID)运算，并输出统一标准信号，去控制执行机构的动作，以实现对温度、压力、流量、也为及其他工艺参数的自动控制。　　比例作用P只与偏差成正比；积分作用I是偏差对时间的积累；微分作用D是偏差的变化率；　　比例(P)控制　　比例控制能迅速反应误差，从而

8、减少稳态误差。除了系统控