PID控制及其应用.doc

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1、PID控制及其应用————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：1.简介PID控制指的是一种闭环控制方式,将输入输出偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成控制量，对被控制对象进行控制。2.PID控制原理在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。模拟PID控制系统原理框图如图1-1所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成。PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值rin(t)与实际输出值yout(t)构成控制偏差PID的控制规律为或写成传递函数的形式式中，Kp-

2、--比例系数；Ti--积分时间常数；Td---微分时间常数。简单说来，PID控制器各校正环节的作用如下：（1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号error(t),偏差一旦产生，控制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TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。（3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，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。3.数字PID算法原理在计算控制系统中，使用的是数字PID控制器，数字PID控制算法通常又分

3、为位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。位置式算法输出的是执行机构的实际位置，如有干扰的话，会导致大幅度变化。而增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量，所以电机控制一般都采用增量式PID算法。增量式PID算法公式:----△u(k)=Kp△e(k)+Kie(k)+Kd[△e(k)-△e(k-1)]----△e(k)=e(k)–e(k-1)-----△e(k-1)=e(k-1)–e(k-2)-----e(k)=r(k)–c(k)(因在速度控制导通角上开始是从大变小,所以该公式须变成c(k)-r(k))参数说明:k--------------采样序号,k=0,1,2---

4、-;r(t)-----------速度给定值;c(t)-----------速度实际输出值;△u(k)------第K次采样时刻的计算机输出增量值；e(k)----------第K次采样时刻输入的偏差值；e(k-1)--------第(k-1)次采样时刻输入的偏差值;KI-------------积分系数，KI=KP*T/TI；KD------------微分系数，KD=KP*TD/T；T--------------采样调期;Kp------------比例系数;TI-------------积分时间常数TD------------微分时间常数开始计算KP,KI,KD设e(k-1)=

5、e(k-2)=0计算偏差值e(k)=r(k)–c(k)计算控制量△u(k)△u(k)=Kp△e(k)+Kie(k)+Kd[△e(k)-△e(k-1)]输出△u(k)为下一时刻做准备e(k-2)=e(k-1),e(k-1)=e(k)采样时间到?被控制对象(包括步进电动机)YN3.PID控制参数整定方法PID控制参数的自动整定分两步进行，第一步是初始确定PID控制参数；第二步是在初定的PID控制参数基础上，根据直线电机控制系统的响应过程和控制目标期望值，修正初定的PID参数，直至电机系统的控制指标符合所需求为止.在数字控制系统中，采样周期T是一个比较重要的因素，采样周期的选取，应与PID

6、参数的整定综合考虑，选取采样周期时，一般应考虑下列几个因素：（1）采样周期应远小于对象的扰动信号的周期。（2）采样周期应比对象的时间常数小得多，否则采样信号无法反映瞬变过程.（3）对象所要求的调节品质，在计算机运算速度允许的情况下，采样周期短，调节品质好.（4）性能价格比，从控制性能来考虑，希望采样周期短，但计算机运算速度，以及A/D和D/A的转换速度要相应的提高，导致计算机的费用增加。（5）计算机所承担的工作量，如果控制的回路数多，计算量大，则采样周期要加长，反之，可以缩短。由上述分析可知，采样周期受各种因素的影响，有些是相互矛盾的，必须视具体情况和主要的要求作出折中的选择，在直线

7、电机的单片机控制系统中，PID调节控制过程是在定时中断状态下完成的，因此，采样周期T的大小必须保证中断服务程序的正常运行。在不影响中断程序运行的情况下，可取采样周期T=0.1t(t为电机系统的纯滞后时间).当中断程序的运行时间Tz大于0.1t时，则取T=Tz.因此，采样周期可按下式确定：初始确定数字PID控制参数时，在用上述方法确定的采样周期T的条件下，从直线电机的数字PID调节控制回路中，去掉数字控制器的微分控制作用和积分控制作用，只采用比例调节环节来确