第四章 PID调节原理
PID算法原理及调整规律
PID算法原理及调整规律1.P（比例）：根据偏差大小调整输出量。
该项主要反映了响应速度和稳定性，比例常数Kp越大，则响应越快，但也可能导致系统的超调和不稳定性。
2.I（积分）：根据时间累积偏差，调整输出量。
通过积分项可以消除稳态误差，提高系统的精度，积分常数Ki越大，稳态误差越小，但也可能导致系统的超调和不稳定性。
3.D（微分）：根据偏差的变化率，调整输出量。
微分项可以提高系统的响应速度和稳定性，减小超调现象，微分常数Kd越大，响应越快，但也可能导致系统的超调和不稳定性。
1.首先，将积分项和微分项的常数Ki和Kd设为0，只调整比例项的常数Kp。
2.增大Kp的值，观察系统的响应速度和稳定性。
如果响应速度较慢，可以适当增大Kp，如果系统产生了超调和不稳定性，则需要适当减小Kp。
3.在调整Kp时，可以通过试探法先进行粗调，然后通过不断缩小范围进行细调，直至达到所需的响应速度和稳定性。
4.接下来，可以继续加入积分项，并适当调整Ki的值。
积分项主要用于消除稳态误差，在调整Ki的过程中，需要观察系统的稳态误差，如果稳态误差较大，则可以适当增大Ki的值，直至稳态误差达到可接受范围。
5.最后，可以加入微分项，并适当调整Kd的值。
微分项主要用于提高系统的稳定性和抑制超调现象，但一般不会单独使用，而是与比例项和积分项一起联合调整。
6.在调整Kd的过程中，需要注意不要过大的增加Kd的值，否则可能会导致系统的震荡和不稳定性。
综上所述，PID算法的调整需要综合考虑响应速度、稳态误差和超调等因素，通过逐步调整比例项、积分项和微分项，可以达到系统稳定控制的目标。
但需要注意的是，PID算法的调整也是经验性的，不同的系统可能需要不同的调整方法和参数设置，因此在实际应用中需要根据具体情况进行调整。
pid调节的原理
pid调节的原理PID调节的原理。
PID调节是一种常用的控制系统调节方法，它通过比例、积分和微分三个部分的组合来实现对系统的精确控制。
在工业生产和自动化控制领域，PID调节被广泛应用于温度、压力、流量等各种参数的控制。
本文将从PID调节的原理入手，介绍其工作原理和应用。
PID调节的原理可以简单概括为比例控制、积分控制和微分控制三个部分的组合。
比例控制是根据被控对象的偏差大小来调节输出量，偏差越大，输出量的调节越大。
积分控制是根据偏差的累积值来调节输出量，用于消除静差。
微分控制是根据偏差的变化率来调节输出量，用于抑制系统的震荡。
三者的组合可以有效地调节系统的稳定性和动态性能。
在PID调节中，比例控制起到了响应速度的作用，当偏差较大时，输出量的变化较快，能够快速调节系统的偏差。
积分控制则能够消除系统的静差，使系统更加稳定。
而微分控制则可以抑制系统的震荡，提高系统的动态性能。
三者相互配合，可以使系统在设定值附近快速、稳定地运行。
PID调节的原理可以通过数学模型来描述，其数学表达式为：\[ u(t) = K_p e(t) + K_i \int_{0}^{t} e(τ)dτ + K_d \frac{de(t)}{dt} \]其中，u(t)为输出量，e(t)为偏差，Kp、Ki和Kd分别为比例、积分和微分系数。
通过调节这三个系数，可以实现对系统的精确控制。
在实际应用中，PID调节可以通过调节比例系数来改变系统的响应速度，通过调节积分系数来消除系统的静差，通过调节微分系数来抑制系统的震荡。
在不同的系统中，这三个系数的取值会有所不同，需要根据系统的特性进行调试。
总的来说，PID调节通过比例、积分和微分三个部分的组合来实现对系统的精确控制。
比例控制、积分控制和微分控制分别起到了响应速度、消除静差和抑制震荡的作用。
这种调节方法在工业生产和自动化控制领域有着广泛的应用，能够提高系统的稳定性和动态性能。
通过本文的介绍，相信读者对PID调节的原理有了更深入的了解，希望能够在实际应用中加以运用，实现对系统的精确控制。
PID调节原理
PID控制的优点
①原理简单，使用方便； ②适应性强； ③鲁棒性强；
控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。
④对模型依赖少。
比例调节的特点：
（1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一 对应的比例关系，即：u = K e
40
50
0
60
0
20
40
60
80
100
120
Time (sec)
Time (sec)
积分调节， Ti的变化对控制效果的影响
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率 ，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生 超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分 调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。 在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调 节时间。 微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的微分调 节，对系统抗干扰不利。 此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时， 微分作用输出为零。 微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相 结合，组成PD或PID控制器。
1 G K TIs (s+1) (2s+1)
Amplitude Amplitude
Step Response 12
Step Response 1.8
Ti=0.5
Ti=1
10
1.6
Ti=5
8
1.4
Ti=10
6
Ti=inf
1.2
4 1
2 0.8
0 0.6
-2
0.4 -4
0.2 -6
pid调节原理
pid调节原理
PID调节原理是一种常用的反馈控制方法，用于调节系统的输出值以使其尽可能接近设定值。
PID分别代表比例、积分和微分，指的是通过对系统的当前误差进行计算，调整控制器的输出值。
比例控制项（P）根据当前误差的大小，直接乘以比例增益，并将结果添加到控制器的输出值上。
比例增益决定了系统对误差的敏感程度，较大的比例增益会产生较大的纠正作用，但可能引起系统的振荡。
积分控制项（I）将误差累积起来并乘以积分增益。
积分控制项的作用是消除静差，即持续的小误差会被积分控制项逐渐累积并产生较大的纠正作用。
然而，过大的积分增益可能导致系统的超调和不稳定。
微分控制项（D）根据误差变化的速率乘以微分增益，并将结果添加到控制器的输出值上。
微分控制项的作用是抑制系统的过冲和振荡，对快速变化的误差有较强的响应。
但是，过大的微分增益可能导致系统对噪声和扰动过度敏感。
通过合适地调节比例、积分和微分增益，可以使系统的响应快速、稳定，并尽量减小误差。
具体的参数调节方法可以通过经验、试验或者自动调参算法来确定。
PID调节概念及基本原理
PID调节概念及基本原理PID调节是一种常用的闭环控制算法，用于实现对控制对象的稳定控制和精确调节。
PID是Proportional-Integral-Derivative的缩写，即比例积分微分控制。
PID调节的基本原理是根据反馈信号与设定值之间的误差，以及误差的变化率进行计算，最终得到控制信号，使系统的输出与设定值之间的误差减小到最小，并保持稳定。
在PID调节中，比例控制的作用是根据反馈信号与设定值之间的差距来生成控制信号。
比例增益可以控制系统的响应速度，比例控制会根据误差大小放大或缩小输出信号，使系统更快地接近设定值。
然而，仅仅使用比例控制可能会导致系统产生超调或振荡。
为了消除超调和振荡，积分控制被引入。
积分控制通过对误差的累积进行补偿，使系统在长时间的运行中与设定值更为接近。
积分增益可以根据误差的累积程度来调整。
在实际应用中，往往只使用比例和积分控制还不够，这是因为比例控制对于系统的响应速度有明显的影响，积分控制对于消除稳态误差有很好的效果，但过分强调积分控制会导致系统的反应过慢。
为了进一步提高控制系统的性能，导数控制被引入。
导数控制根据误差的变化率来生成控制信号，它可以对系统的短期响应速度进行调整。
通过根据误差变化率来调整输出信号，导数控制可以使系统对于快速变化的设定值更为敏感。
然而，导数控制对于测量误差的噪声十分敏感，因此很少单独使用。
PID调节通过比例、积分和导数控制的相互作用来实现对控制系统的精确调节和稳定控制。
比例控制负责快速响应设定值的变化，积分控制消除稳态误差，导数控制提高系统对于快速变化的响应速度。
PID调节的输出信号可以表示为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫ e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)为输出信号，Kp、Ki、Kd分别为比例、积分和导数增益，e(t)为误差，de(t)/dt为误差的变化率。
PID控制器的参数调整是一个重要的过程，合适的参数可以使系统响应速度快、稳定性好，而参数不当则可能导致系统不稳定或者反应缓慢。
PID调节概念及基本原理
PID调节概念及基本原理PID调节是一种常用的自动控制算法，它可以对系统进行精确的控制，使系统输出能够准确地达到期望值。
PID是Proportional-Integral-Derivative的缩写，分别代表了比例、积分和微分三个部分。
PID调节的基本原理是根据系统的误差信号来调整控制器的输出信号，以达到使系统输出与期望值接近的目的。
具体来说，PID控制器通过比较系统输出与期望值之间的差别，计算出一个调节量，然后将这个调节量与系统输出进行相加，并作为系统的控制信号输出。
其中，比例部分的作用是根据误差信号的大小来调整输出信号的大小。
比例控制器的输出量与误差信号成正比，误差越大，输出量也就越大。
积分部分的作用是根据误差信号的时间积累来调整输出信号的大小。
积分控制器的输出量与误差信号的积分值成正比，即输出量与误差信号的累计值成正比。
积分控制器可以消除系统的静差，即系统输出不再偏离期望值。
微分部分的作用是根据误差信号的变化率来调整输出信号的大小。
微分控制器的输出量与误差信号的导数成正比，即输出量与误差信号的变化率成正比。
微分控制器可以预测系统输出的变化趋势，使得控制器能够更快地对系统进行调节。
PID调节将这三个部分的输出信号相加得到最终的控制信号，从而实现对系统的精确调节。
具体的调节过程如下：首先，根据系统输出与期望值的差别计算出误差信号；然后，分别对误差信号进行比例、积分和微分的调节，得到三个部分的输出量；最后，将三个部分的输出量相加得到最终的控制信号，输出给系统进行控制。
在PID调节中，三个部分的参数是需要根据具体系统的特性和要求进行调整的。
比例参数Kp决定了比例控制的强度，过大或过小都会导致系统的不稳定。
积分参数Ki用于调节系统的静差，过大或过小都会导致系统的振荡。
微分参数Kd用于调节系统的动态性能，过大或过小都会导致系统的超调或响应时间过长。
总结起来，PID调节是一种基于误差信号的自动控制算法，通过比例、积分和微分三个部分的调节，使系统的输出与期望值接近。
第4章：PID调节原理
i
♀当输出小于 Eh ，S断开，积分作用使 Eo 增大
比例微分(PD)调节
※PD调节规律 de 或 u K p e S2 dt
Gc ( s ) 1
de u (e TD ) dt
1
(1 TD s )
工业上实际采用的PD调节器的传递函数是：
1 (TD s 1) Gc ( s ) ( TD s 1) KD
0
0
◆将热水流量减小为 Q1 ，调节过程结束后，新 的稳态运行点将移到直线1与曲线3的交点A。 出现被调量残差 A 0 。 ◆如果不加比例控制，热水流量减小为 Q1 后， 水温将根据其自平衡特性一直上升到 为止 ◆加热器是具有自衡特性的工业过程。而对非自 衡过程，本身没有所谓的静特性，可根据流入 、流出量的平衡关系进行有无残差分析。
※比例调节的特点—有差调节
◆工业过程在运行中经常发生负荷变化。处于自 动控制下的被控过程在进入稳态后，流入量与 流出量之间总是要达到平衡的。
◆采用比例调节，则在负荷扰动下的调节过程结 束后，被调量不可能与设定值绝对相等，它们
之间一定有残差，即有差调节。
★加热器出口水温控制系统
★加热器出口水温控制系统
◆被控对象的动态特性具有非线性 ♀广义被控对象包括被控对象、调节阀和检测与 变换仪表 ♀被控对象本身的非线性 增益不是常数 对象的动态参数具有非线性 ♀调节阀、继电器等元件的饱和、死区特性的处理方法 ♀如果控制精度要求不高或负荷变化不大，可进 行线性化处理。 ♀如果非线性不可忽略，则必须采用其他方法， 如分段线性化、非线性补偿器或者利用非线性 控制理论进行分析和设计。
4
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
PID调节和温度控制原理
PID调节和温度控制原理一、引言二、PID调节的基本原理PID调节是通过对比控制对象的实际输出和期望输出，计算出一个误差值，然后根据这个误差值和历史误差值的变化趋势来调整控制参数，以使系统输出更接近期望值。
PID调节是根据比例、积分和微分三个因素的综合作用来实现控制。
1.比例(P)控制：根据误差的大小来调整控制量的变化速度。
当误差越大时，控制量的调整速度也越快。
2.积分(I)控制：累积误差的大小来调整控制量的偏置。
当误差持续存在时，积分控制可以逐渐减小误差。
3.微分(D)控制：根据误差的变化率来调整控制量的变化速度。
当误差变化趋势发生变化时，微分控制可以快速反应并调整控制量。
PID控制器的输出可以表示为：u(t) = Kp*e(t) + Ki*∫e(t)dt +Kd*de(t)/dt其中，u(t)为控制器的输出，Kp、Ki和Kd为控制参数，e(t)为误差，∫e(t)dt为误差的积分，de(t)/dt为误差的微分。
三、温度控制的方式温度控制是实际应用中常见的控制问题。
根据控制对象和控制要求的不同，温度控制可以采用不同的方式。
1.开关控制：温度传感器监测到系统温度超过设定值时，控制系统输出信号使加热器工作，当温度降低到设定值以下时，控制系统停止输出信号。
这种方式适用于控制对象的温度变化不大且温度控制精度要求不高的情况。
2.P控制：根据温度误差调整控制量的大小，使温度逐渐接近设定值。
这种方式适用于对温度控制要求较高的情况，但可能存在温度超调和振荡的问题。
3.PI控制：在P控制的基础上增加了积分控制，用来消除温度误差的持续存在。
这种方式能够较好地控制温度误差，但可能导致响应速度较慢。
4.PID控制：在PI控制的基础上增加了微分控制，用来根据温度误差的变化率来调整控制量的变化速度。
PID控制可以在保证较小温度误差的同时，提高控制系统的响应速度和稳定性。
四、PID调节在温度控制中的应用1.温度控制反馈回路：PID调节器通过与温度传感器连接，根据实际温度和设定温度计算误差，并根据误差的大小和变化趋势调整控制参数，从而控制加热器的工作状态，以实现温度的稳定控制。
pid调节原理
pid调节原理PID调节原理PID调节是一种常用的控制方法，广泛应用于工业自动化、机器人控制、航空航天等领域。
本文将详细介绍PID调节原理。
一、什么是PID调节？PID调节是一种基于反馈控制的方法，它通过不断地根据实际输出值与期望输出值之间的差异来调整控制量，从而实现对被控对象的精确控制。
PID调节中的“PID”分别代表比例、积分和微分三个环节。
二、比例环节比例环节是PID调节中最基本也最重要的环节之一。
它根据被控对象当前状态与期望状态之间的差异计算出一个误差信号，然后将这个误差信号乘以一个比例系数Kp得到一个修正量，最终作为控制量加入到系统中。
比例环节具有以下特点：1. 响应速度快：由于比例环节只考虑当前误差信号，因此能够快速响应系统变化。
2. 稳态误差大：由于比例环节只考虑当前误差信号，无法消除系统稳态误差。
3. 容易产生振荡：当Kp过大时，系统容易产生振荡。
三、积分环节积分环节是PID调节中的一个重要环节。
它通过对误差信号进行积分来消除系统稳态误差，从而提高控制精度。
积分环节具有以下特点：1. 消除稳态误差：由于积分环节能够对误差信号进行积分，因此能够消除系统稳态误差。
2. 响应速度慢：由于积分环节需要对误差信号进行积分，因此响应速度相对较慢。
3. 容易产生超调：当Ki过大时，系统容易产生超调现象。
四、微分环节微分环节是PID调节中最不稳定的一个环节。
它通过对误差信号进行微分来预测未来的变化趋势，从而提高控制精度。
微分环节具有以下特点：1. 提高控制精度：由于微分环节能够预测未来的变化趋势，因此能够提高控制精度。
2. 容易受到噪声干扰：由于微分运算会放大噪声信号，因此容易受到噪声干扰。
3. 容易产生震荡：当Kd过大时，系统容易产生震荡。
五、PID调节的公式PID调节的公式为：u(t)=Kp*e(t)+Ki*∫e(t)dt+Kd*de(t)/dt其中，u(t)为控制量，e(t)为误差信号，Kp、Ki和Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数。
pid调节原理
pid调节原理
PID调节原理是一种常用的控制策略，它以反馈控制为基础，
通过调整系统的输出来使得系统的反馈信号与设定值之间的差异最小化。
PID调节器根据系统当前的误差（偏差）信号分别
计算出比例、积分和微分的作用量，并把它们加权叠加起来得到最后的控制量。
比例（P）作用是根据误差信号的大小来进行比例放大，将误
差乘以一个比例增益系数Kp得到一个与误差成正比的控制量，该控制量越大，系统的响应越快。
但是纯比例控制对于补偿系统的稳定性和静态误差校正有一定的限制。
积分（I）作用是对误差信号的积分进行放大，该作用量可以
消除系统的静态误差。
积分控制器通过累加误差信号的面积得到一个与误差信号积分值成正比的控制量，该控制量改变系统的偏差，使得系统最终趋于稳定。
微分（D）作用是对误差信号的变化率进行放大，该作用量可
以改善系统的动态响应特性。
微分控制器通过对误差信号的微分值进行放大，得到一个与误差变化率成正比的控制量，该控制量与系统的响应速度成反比。
对于PID控制器来说，比例、积分和微分三个作用量的选择
及其权重的确定是一个重要的问题。
一般来说，比例作用对于系统的响应速度和稳定性有较大的影响；积分作用可以消除系统的稳态误差，但是也容易引起系统的超调和震荡；微分作用可以提高系统的响应速度和稳定性，但是对于噪声和干扰信号
较为敏感。
PID调节器通过权衡比例、积分和微分三个作用量的作用，可
以实现系统的快速响应、准确控制和良好的稳定性。
在现代工业自动化控制系统中，PID调节器被广泛应用于各种控制环节，提高了系统的控制精度和稳定性。
PID参数调节原理和整定方法
PID参数调节原理和整定方法PID控制器是一种常用的闭环控制系统，其控制器的输出值由三部分组成：比例项（P）、积分项（I）和微分项（D）。
PID控制器通过不断地调节这三个参数，来实现对被控对象的控制。
PID控制器通过不断比较被控对象的输出值和设定值之间的差异（称为误差），来决定控制器的输出值。
PID控制器的输出值可以表达为：输出值=Kp*（比例项）+Ki*（积分项）+Kd*（微分项）其中，Kp、Ki和Kd分别为PID控制器的参数，需要根据实际系统进行调整。
当被控对象的输出值与设定值相差较大时，比例项可以起到快速调节的作用，使得控制器的输出值快速地接近设定值。
积分项可以消除系统存在的静差，提高系统的稳定性。
微分项可以防止系统过冲或震荡，提高系统的响应速度。
PID控制器的参数整定是一个复杂且经验性的过程，需要根据具体的被控对象、控制要求和系统特性进行调整。
下面介绍几种常用的参数整定方法：1. 经验法：根据经验公式，设置参数的初始值，并对系统进行试控，根据实际效果进行逐步调整。
常用的经验公式有Ziegler-Nichols方法、Chien-Hrones-Reswick方法等。
2.约束实验法：通过对系统施加一定的约束实验，如阶跃响应法、频率响应法等，从实验数据中提取系统的模型参数，并根据提取的模型参数进行参数整定。
3.数值方法：通过数值计算方法，如根据系统的传递函数进行数值求解，得到系统的频率特性响应，再根据一定的准则进行参数整定。
4.自整定方法：根据控制系统的自整定能力，通过在线或离线的自整定算法，自动寻找最优参数。
常见的自整定方法有遗传算法、模糊逻辑控制、神经网络等。
在实际的参数整定过程中，需要根据实际情况选择合适的方法，并进行反复测试和调整，直到达到满意的控制效果。
总结：PID参数调节原理是通过比例、积分和微分三项的组合来控制被控对象。
参数整定方法可以采用经验法、约束实验法、数值方法和自整定方法。
PID调节原理与PID参数整定方法
PID调节原理与PID参数整定方法PID调节原理与参数整定方法是自动控制系统中常用的调节算法和方法之一、PID调节器是一种反馈调节控制器，利用当前的偏差值、偏差累积值和偏差变化率来产生控制输出，进而改变被控对象的状态，使其尽可能地满足设定值。
PID调节器由三个部分组成：比例（P）调节器、积分（I）调节器和微分（D）调节器。
P调节器根据偏差值来产生控制信号；I调节器根据偏差累积值来产生控制信号；D调节器根据偏差变化率来产生控制信号。
这三个调节器的输出都与偏差成比例，然后将它们相加得到最终的控制输出。
PID控制器的数学表达式为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)是控制输出,Kp、Ki和Kd是调节器的增益参数，e(t)是偏差，t是时间。
参数整定是指选择合适的PID控制参数以实现系统良好性能。
对于PID参数整定，常用的方法有以下几种：1.经验法：根据经验和实际应用中相似系统的参数进行估计和调整。
这种方法简单易行，但对于不同系统的参数整定效果不一致。
2. Ziegler-Nichols方法：此方法通过实验获取系统的临界增益（Kcr）和临界周期（Pcr），然后根据不同的整定规则选择PID参数。
常用的整定规则有：P控制器（Kp = 0.5 * Kcr）、PI控制器（Kp = 0.45* Kcr，Ki = 1.2 / Pcr）和PID控制器（Kp = 0.6 * Kcr，Ki = 2 / Pcr，Kd = 8 / Pcr）。
3.最小二乘法：通过最小化系统的输出与设定值之间的误差，来确定合适的PID参数。
这种方法需要进行大量的计算，适用于精确调节和要求高性能的系统。
4.频响法：通过系统的频率响应曲线来进行参数整定。
此方法需要对系统进行频率扫描，可以获得系统的幅频特性和相频特性，然后根据相应的调节规则选择PID参数。
总结来说，PID调节原理是利用当前的偏差值、偏差累积值和偏差变化率来产生控制输出；而PID参数整定方法可以通过经验法、Ziegler-Nichols方法、最小二乘法和频响法等多种方法来选择合适的参数，以实现系统的稳定性和性能要求。
pid调节器原理
pid调节器原理
PID调节器是一种常用的控制器，其原理是通过对被控对象的测量值与目标值之间的差异进行比较，并根据比较结果进行相应的控制调整。
具体来说，PID调节器根据比例、积分和微分的函数关系对输出进行运算，以使被控对象的输出能够迅速、准确地接近目标值。
在PID调节器中，比例环节的作用是按照比例放大或缩小偏差信号，积分环节的作用是消除系统稳态误差，微分环节的作用是根据偏差信号的变化趋势提前进行调节。
通过调整三个参数，可以有效地改善系统的动态特性和稳态性能。
PID调节器的工作原理基于三个核心控制算法：比例控制、积分控制和微分控制。
比例控制是按照偏差的大小进行调节，偏差越大，调节的力度越大；积分控制是通过累积偏差来调节输出，以消除系统稳态误差；微分控制是根据偏差的变化趋势进行调节，以提前对系统进行调节。
在工业自动化领域中，PID控制器主要用于对温度、压力、流量等过程参数进行控制。
通过实时采集和处理测量值与目标值之间的差异，PID控制器可以快速地调整系统参数，从而实现高精度的过程控制和优化系统性能。
总结来说，PID调节器是一种基于比例、积分和微分三个核心控制算法的数字控制算法。
通过比较被控对象的测量值与目标值之间的差异，并根据比较结果进行相应的控制调整，PID调节器能够实现高精度的过程控制和优化系统性能。
第四章PID调节原理
0
Td
de(t)
dt
u0
U (s) E(s)
Kc
1
1 Ti s
Td s
4.7 变形的PID控制算法
一、 微分先行PID控制算法— PI-D算法 二、 比例先行PID控制算法— I-PD算法 三、 带设定值滤波的PID控制算法
—— 部分比例先行PID算法
4.7.1 微分先行（PI-D）算法：
比例控制器存在稳态偏差—自平衡
对象
0 r() e()
+ -
Kc
0 u(t)
K Pes 1 TPs
0 y(t)
比例控制器不存在稳态偏差—非自 平衡对象
0 r() e()
+ -
0 u(t)
K es
0 y(t)
K
0
p
s(1 T s)
0
在初态，进料量等于出料量，控制器 输出为 u0 ，当负荷增大时，实际控制 器输出为：u(t) Kce(t) u0
产生的结果：系统的超调量增大，控制品质
变差，甚至引起危险（阀门不能及时关闭）。
加热水温控制系统例
Qc Qo 阀门开度
U
防止积分饱和的方法：
1）积分分离法；
小偏差时采用PI，大偏差时采用P。
C1
C2
Ei
RI
A1
E0
S
Ah
Eh
R1
R2
PI-P调节器自动切换
Ei
Ei
t
E0
t0
t1
Eh Ei
t
当开关S断开时，电路为比例积分调节器，如果Ei输入一个负的阶 跃信号，则输出电压E0的变化如图中实线所示。而当E0增大到Eh 以后，比较放大器Ah的输出使得开关S闭合，此时R1和RI、C1并 联，R2与C2并联，若取R1=R2，则电路成为1：1的反相器，这时 输出E0减小到与Ei相等的数值，如图虚线所示，则调节器变换为
pid调整原理
pid调整原理
---------------------------------------------------------------------- PID（比例-积分-微分）控制器是一种常用的自动控制算法，用于调节系统的输出以使其接近所期望的设定值。
它基于三个调节参数：比例增益（P），积分时间（I）和微分时间（D）。
下面是PID调整原理的基本概述：
1、比例控制（P）：比例控制是根据误差的大小对输出进行调节。
误差是指实际值与设定值之间的差异。
比例增益参数Kp决定了输出变化率与误差之间的关系。
较大的Kp会导致更快的响应，但可能会引起超调或振荡。
2、积分控制（I）：积分控制根据累积误差的大小来调节输出。
积分时间参数Ki决定了如何考虑过去的误差。
积分作用可以消除持续存在的小误差，并提高系统的稳态精度。
然而，过大的Ki可能导致系统过度响应或不稳定。
3、微分控制（D）：微分控制根据误差变化速率的大小来调节输出。
微分时间参数Kd决定了如何考虑误差的变化率。
微分作用可以抑制系统的超调和振荡，并提高系统的稳定性。
但是，过大的Kd可能导致控制器对噪声和测量误差过于敏感。
PID调整的目标是找到适当的比例、积分和微分参数，以实现系统的快速响应、准确跟踪设定值并保持稳定。
这通常通过试错法进行，包括手动调整或自动调整算法（如Ziegler-Nichols方法）来确定合适的参数。
需要注意的是，不同的应用和系统可能需要不同的PID调整策略和参数选择。
因此，PID调整往往需要根据实际情况进行细化和优化，以达到最佳的控制效果。
pid调节器工作原理
pid调节器工作原理
PID调节器是一种常用的控制器，用于自动调节系统的输出以
使其接近设定值。
它的工作原理主要包括三个部分：比例、积分和微分。
首先，比例部分根据当前的测量值与设定值之间的差距，计算出一个比例调节量。
比例调节量与差距成正比，即差距越大，比例调节量越大。
这样可以快速地减小差距，但由于比例关系较简单，会使得系统出现超调现象。
接着，积分部分根据过去一段时间内的差距积累计算出一个积分调节量。
积分调节量与差距的积分成正比，即差距积分越大，积分调节量越大。
通过积分部分的作用，可以消除系统的稳态误差，但积分时间过长会导致系统响应速度变慢。
最后，微分部分根据当前的差距变化率计算出一个微分调节量。
微分调节量与差距的微分成正比，即差距变化越快，微分调节量越大。
微分部分可以提高系统的稳定性和响应速度，但过大的微分调节量会引入噪声和振荡。
将比例、积分和微分的调节量相加，即可得到最终的输出信号，用于控制系统的执行器，使系统的输出接近设定值。
PID调节
器根据实际需要，通过调整三个调节参数的数值大小，可以实现不同的控制效果。
总之，PID调节器通过比例、积分和微分三个部分的配合作用，
根据系统的实际情况动态调整输出信号，以实现系统的自动调节和控制。
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PID调节原理 工业上实际采用的PD调节器的传递函数是
KD----微分增益
响应的单位阶跃响应为：
u
1
1
( K D 1) exp(
t TD KD
)
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PID调节原理
PD调节的阶跃响应
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PID调节原理 根据PD调节器的斜坡响应也可以单独测 定它的微分时间TD，
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PID调节原理 ★PI调节器对过程负荷变化的响应
PI调节器对过程负荷变化的响应
负荷变化前（t＜t0）被控系统稳定，控制偏差 为0 ，控制器输出保持某恒定值
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PID调节原理
T=t0时刻，系统负荷发生阶跃变化。P调节立即响 应偏差变化，产生正的阶跃，I调节则从零开始累计偏 差。 此后，在PI的共同作用下，调节的总输出持续增加
间的倒数成正比即：
de u S2 dt
式中：S2---微分时间D调节的阶跃响应
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PID调节原理
微分调节的思想 微分调节至于偏差的变化成比例，偏差变 化越剧烈，由微分调节器给出的控制作用越大， 从而及时地抑制偏差的增长，提高系统的稳定性 ■调节器在t=t0时刻，输入阶跃偏差e，偏差的 变化速度为
：
de dt
●之后，调节器的输出立即又回到零，理想的微分 调节特性曲线为一垂直的直线
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PID调节原理
如加热炉温度自动调节,当温度低于给定值时, 则煤气阀门应开大,这是比例调节作用,但同时
发现,温度降低的速度很快,说明出现了较大的
扰动,则下一时刻的偏差将会更大,因此应予先 采取措施,即提前动作,把煤气阀门的开度开得 更大一些,这叫超前作用。
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PID调节原理 ★注意： 1. 微分不能消除余差
∵微分调节只对偏差的变化做出反应，而与
偏差的大小无关 2. 单纯的微分调节器也是不能工作的 ∵实际的调节器都有一定的失灵区，若调 节误差的变化速度缓慢，以至于调节器
不能觉察，纯微分调节器将不会动作，
此时调节误差会不断积累却得不到校正。
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PID调节原理 小结：
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PID调节原理
t2=t3时刻，偏差反向。P调解作用反向，I调节由增 长变为减少，PI调节的整体作用表现为减少。 t=t3处，偏差从超调处回落到零，系统达到新的平衡
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PID调节原理 由以上分析：
■ PI调节引入积分消除了系统余差，但
降低了系统原有的稳定性
■调解过程中的超调量趋势随比例的增大和积 分时间的减少而增大，因此PI调节的比例增益要设 臵的比纯p调节小，对积分时间的设臵也应有一定 的限制。 ■调节在比例带不变的情况下，减少积分时间TI， 将使控制系统稳定性降低，振荡加剧，调节过程 加快，振荡频率升高
若对象稳定（对象的静态放大系数较小，时间常数不太 大，滞后较少） ■ 比例带也选小些，这样可以提高系统的灵敏度，是反 应速度加快一些 ☆ 相反，若对象的放大系数较大，时间常数较小，滞后 时间较大。 ■ 则比例带可选大一些，以提高系统的稳定性 ☆比例带的选取，一般情况下，比例带的范围大致如下： ■ 压力调节：30~70%； 流量调节：40~70%； 液位调节：20~80%
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PID调节原理
★比例积分调节的特点
■具有比例调节作用反应快、无滞后的优点，
可以加快调整作用，缩短调节时间，又具有积分
调节的优点，可以消除静差。 ■ 对于一般调节对象，均可用比例积分调节， 比例带和积分时间选择合适，基本可以满足生产 工艺要求。
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PID调节原理
积分饱和现象与抗积分饱和的措施
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PID调节原理
4.3 积分调节（I调节) 4.3.1 积分调节动作规律
调节器的输出信号的变化速度 du ／ dt 与偏 差信号e成正比.
S。称为积分速度
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PID调节原理 ★积分调解的阶跃响应
u s0 edt
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PID调节原理
★图示的自力式气压调 节阀就是一个简单的积分调 节器； ■管道压力P是被调量， 它通过针形阀R与调节阀膜头 的上部空腔相通，而膜头的 下部空腔则与大气相通。 改变针形阀的开度可以改变积分速度
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PID调节原理
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PID调节原理
4.5 比例积分调节(PI调节)
4.5.1 比例积分调节的动作规律
它的调节规律为
(δ为比例带，可视情况取正值或负值，TI为积 分时间)。 δ和TI是PI调节器的两个重要参数.
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PID调节原理 ★PI调节器的阶跃响应
1 u (e TI 1
edt）
有输出，它只说明此时有u
＝u0
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PID调节原理
※ 比例带
为表示调节器输入和输出之间的比例关系， 用比例带 代替比例增益
式中：emax-emin------偏差信号，即仪表量程
Umax-umin-----调节器输出信号范围，即 控制器输出的工作范围
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PID调节原理
具有的物理意义
u代表调节阀开度的变化量；δ就代表使调节阀开度 改变100% 即从全关到全开时所需要的被调量的变化范 围。 例如，若测量仪表的量程为100℃则δ＝50% 就表示 被调量需要改变50℃才能使调节阀从全关到全开。 当被调量处于“比例带” 调节阀的开度(变化)才与偏差成比例 超出这个“比例带” 调节阀已处于全关或全开的状态，调节器的输入与 输出已不再保持比例关系.
PID调节原理
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PID调节原理
④利用间隙单元抗积分饱和
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PID调节原理
4.5.2 比例微分调节规律
PD调节器的动作规律是
u Ke S2
u 1
de dt
de ) dt
(e TD
-----为比例带，可视情况取正直或负值
TD-------为微分时间 PD调节器的传递函数应为： Gc ( s)
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PID调节原理
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PID调节原理
★微分调节作用；微分作用反映系统偏差信号 的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势， 因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之 前，以被微分调节作用消除。因此可以改善系统的 动态性能。 在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减 少调节时间。 微分作用对噪声干扰有放大声作用，因此过强的 微分调节，对系统抗干扰不利。 此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化 时，微分作用输出为零。
1 u (t ) K P(e(t ) TI
t
0
e(t )dt TD
de(t ) ） dt
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PID调节原理
4.2 比例调节(P调节) 4.2.1 比例调节的动作规律，比例带
在P调节中，调节器的输出信号 u与偏差信 号e成比例，即 u = Kpe（kp称为比例增益）
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PID调节原理 ※P调节的阶跃响应 P调解对偏差信号能做出 及时反映，没有丝毫的滞后 当偏差e为零因而u＝0 时，并不意味着调节器没
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PID调节原理
★比例带对于调节过程的影响
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PID调节原理
★比例调节的特点 （1）比例调节的输出增量与输入增量 呈一一对应的比例关系。
（2）比例调节反应速度快，输出与输 入同步，没有时间滞后，其动态特性好。
（3）比例调节的结果不能使被调参数 完全回到给定值，而产生静差。
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PID调节原理
★比例带的一般选择原则
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PID调节原理
T=t1时刻，系统开始响应。控制偏差开始减少，P 调节紧跟着减少，I调节因偏差扔存在且方向不变，所以 继续增加。 PI调节的综合结果△u持续增加使控制偏差进一步减少。
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PID调节原理
T=t2时刻，偏差减少至零。P调解作用消失，I调 节也停止增长 如果积分时间足够小，此时调节器的输出将大于所 要求的值，致使系统产生反向偏差，也即超调。
du S0e dt
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PID调节原理 4.3.2 积分调节的特点，无差调节
积分调节的特点是无差调节
u s0 edt
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PID调节原理
★积分调节的稳定性
采用积分调节的控制系统，其调节阀开度与 当时被调量的数值本身没有直接关系，积分调节 也称为浮动调节。 积分调节的另一特点是它的稳定作用比 P 调 节差。 采用积分调节不可能得到稳定的系统。
4.1
PID基本概念
定义： PID 控制是比例积分微分控制的组合。 历史最久、生命力最强的控制方式。 具有以下优点:
①原理简单，使用方便。 ②适应性强。
③鲁棒性强。
控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。 ④ 对模型依懒性少
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PID调节原理
★常规PID控制系统的原理
输入偏差e（t）=r（t）-y（t） 输出：偏差的比例（p），积分（I）、微分的线性组合 （D）
度，直到最后出现发散的振荡过程。
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PID调节原理 ★积分速度的大小对调解过程的影响
无论增大或减少积分速度，被调量最后都没有残差
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PID调节原理
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PID调节原理
结论：P调解有余差， I调解没有余差，但超调大，不 如P稳定
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PID调节原理 4.4 微分调节
■ 调节器的输出u与被调量或其偏差e对于时
■定义上：
★比例作用的输出与偏差大小成正比
★积分作用的输出变化速度与偏差成正比 ★微分作用的输出与变化速度成正比
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PID调节原理
■特点方面：
★比例调节作用；是按比例反应系统的偏差，系统 一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减 少偏差, 比例作用大，可以加快调节，减少误差 但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成 系统的不稳定，