PID控制中的问题

PID控制中存在的问题及解决办法
学院：电气学院
姓名：李方园
班级：自动化08-3
学号：310808020311
PID控制中出现的饱和问题及解决办法
PID算法是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性（系统抵御各种扰动因素——包括系统内部结构、参数的不确定性，系统外部的各种干扰等的能力）好及可靠性高而被广泛地应用于过程控制和运动控制中。

尤其是随着计算机技术的发展，数字PKD控制被广泛地加以应用，不同的PID控制算法其控制效果也各有不同。

将偏差的比例（Proportion）、积分（Integral）和微分（Differential）通过线性组合构成控制量，用这一控制量对被控对象进行控制，这样的控制器称PKD控制器。

模拟PID控制原理
常规的模拟PID控制系统原理框图如图所示。

模拟PID控制系统原理图
该系统由模拟PKD控制器和被控对象组成。

图中， r(t)是给定值， y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差e(t)
(te) = r(t) − y(t)
e (t)作为PID控制的输入，u(t)作为PID控制器的输出和被控对象的输入。

所以模拟PKD控制器的控制规律为
u(t) =Kp [e(t) +dt+Td]
其中：Kp――控制器的比例系数
Tk－－控制器的积分时间，也称积分系数
Td――控制器的微分时间，也称微分系数
PID控制中的”饱和问题”介绍
目前在计算机控制系统中PID 算法仍然得到广泛应用，其中又以PID 增量算法居多，增量式增量式PID算法原理图如下：
在实际应用过程中，控制变量因为受到执行元件机械和物理性能的约束而限制在有限范围内，同时其变化率也有一定的限制范围，那么如果计算机给出的控制作用超出了对象输入的允许范围，实际执行的控制量就不再是计算值，从而引起控制性能下降，对于一个常规的PID 控制器，只要受控变量与设定值之间存在偏差，控制器的积分作用将会使得其输出不停地变化，而如果此时阀位如果受到限幅，使得控制回路实际上是处在了开路状态，那么偏差在一段时间内不会被消除，但是此时控制器在积分作用驱动下仍然试图去校正这个偏差，控制作用将会因为不断累加而增大，造成的后果将会使得闭环控制系统这种现象称为“饱和问题（wkndup）”。

不同控制器或者手动与自动控制作用之间进行切换而给系统带来冲击，同样也是由于控制器输出和实际对象输入不等时造成的后果，所以切换问题是饱和问题的一种特例。

PID控制中“饱和问题”的解决办法
计算机控制系统中之所以广泛应用PID 增量控制算法，一方面是由于其应用简便，同时PID 增量算法在解决饱和问题上也有较为简便的处理方法：
（1） PID 增量算法在实施的时候将每一步计算输出!U 累加在上一步的实际对象输入1（K - 1）上，因此避免了在常规PID 控制器中控制输出不断累加而造成积分饱和问题；
（2）有效偏差法.基本思路：当位置型PID算式的控制输出超过限制范围时，控制量只能取边界值。

有效偏差法的实质是将相当于边界控制量的偏差值作为有效偏差值进行积分
①限制PI调节器的输出 uPI>设定限值时， uPI=umax
结果：这样有可能在正常操作中不能消除系统的余差
②积分分离法 e>设定限值时，改用纯P调节
结果：既不会积分饱和又能在小偏差时利用积分作用消除偏差
③遇限削弱积分法 uPI>设定限值时，只累加负偏差，反之亦然
结果：可避免控制量长时间停留在饱和区。