过程控制的PID调节原理分解
PID控制器的原理与调节方法
PID控制器的原理与调节方法PID控制器是一种常见的控制算法，广泛应用于工业自动化系统中。
它是通过对反馈信号进行比例、积分和微分处理，来实现对被控对象的控制。
本文将介绍PID控制器的原理和调节方法，并探讨其在实际应用中的一些注意事项。
一、PID控制器原理PID控制器的原理基于三个基本元素：比例、积分和微分。
这三个元素分别对应控制误差的当前值、累积值和变化值。
PID控制器根据这三个元素的加权和来生成控制信号，以实现对被控对象的稳定控制。
1. 比例元素（P）比例元素是根据当前的控制误差进行调节的。
它直接乘以一个比例系数，将误差放大或缩小，生成相应的控制信号。
比例元素的作用是快速响应控制误差，但可能引起超调和震荡。
2. 积分元素（I）积分元素是对控制误差的累积值进行调节的。
它将误差进行积分，得到一个累积值，并乘以一个积分系数，生成相应的控制信号。
积分元素的作用是消除稳态误差，但可能导致系统响应过慢或产生超调。
3. 微分元素（D）微分元素是对控制误差的变化率进行调节的。
它将误差进行微分，得到一个变化率，并乘以一个微分系数，生成相应的控制信号。
微分元素的作用是预测误差的变化趋势，以提前调整控制信号，但可能引起过度调节和噪声放大。
通过调节比例、积分和微分元素的系数权重，可以优化PID控制器的响应速度、控制精度和抗干扰能力。
二、PID控制器调节方法PID控制器的调节方法通常包括经验法和自整定法两种。
1. 经验法经验法是基于经验和试错的方法，通过手动调节PID控制器的系数来实现对被控对象的控制。
具体步骤如下：步骤一：将积分和微分元素的系数设为零，只调节比例元素的系数。
步骤二：逐渐增大比例系数，观察系统的响应，并调整至系统稳定且响应时间较短。
步骤三：增加积分系数，减小系统的稳态误差，但要注意避免系统过调和震荡。
步骤四：增加微分系数，提高系统对突变的响应速度，但要避免过度调节和噪声放大。
2. 自整定法自整定法是基于系统辨识和参数整定理论的方法，通过对系统的频域或时域特性进行分析，自动计算得到PID控制器的系数。
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调节方法
PID调节方法PID调节是一种广泛应用于工业过程控制的方法，通过测量控制系统的输出与期望值之间的误差，并根据误差的大小来调整控制系统的输入，以使输出与期望值尽可能一致。
PID调节的主要目标是快速、准确地调整系统的响应速度、稳定性和稳态精度。
下面将详细介绍PID调节的原理、调参方法和一些常见的应用。
1.PID调节的原理\[Output = K_p \cdot Error + K_i \cdot \int{Error}\ dt + K_d \cdot \dfrac{d(Error)}{dt}\]其中，\(K_p\)、\(K_i\)和\(K_d\)分别是比例、积分和微分参数。
比例项（P）通过根据误差的大小来调整输出，具有快速的响应速度和较小的超调。
积分项（I）通过累积误差来减小稳态误差，具有消除静差的作用。
微分项（D）通过对误差变化率的控制，可以避免输出的过度波动。
通过调整三个参数的大小和比例，可以在控制系统中实现适当的响应速度、稳定性和稳态精度。
2.PID调节的调参方法调参是PID调节的关键步骤，合适的参数设置可以使系统达到最佳的控制效果。
常见的PID调参方法有经验法、试验法和优化算法。
（1）经验法：根据经验公式设置PID参数。
这种方法基于经验，适用于一些简单的控制系统。
常见的经验法有经验公式法、手动调参法和Ziegler-Nichols法。
其中，经验公式法是根据控制对象的性质和要求选择合适的参数；手动调参法是通过观察系统响应和对参数的手动调整来获得合适的参数；Ziegler-Nichols法是一种经验调参法，通过对系统进行临界增益试验来确定PID参数。
（2）试验法：基于试验和观察系统响应的方法。
通过改变PID参数的值，观察系统的响应和性能指标，如超调量、调整时间和稳态误差等，来判断参数的合适性。
这种方法需要多次试验调整，比较耗时。
（3）优化算法：使用数学方法和计算机算法来最佳的PID参数。
常见的优化算法有基于遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。
PID控制算法（PID控制原理与程序流程）
PID控制算法（PID控制原理与程序流程）⼀、PID控制原理与程序流程(⼀)过程控制的基本概念过程控制――对⽣产过程的某⼀或某些物理参数进⾏的⾃动控制。
1、模拟控制系统图5-1-1 基本模拟反馈控制回路被控量的值由传感器或变送器来检测，这个值与给定值进⾏⽐较，得到偏差，模拟调节器依⼀定控制规律使操作变量变化，以使偏差趋近于零，其输出通过执⾏器作⽤于过程。
控制规律⽤对应的模拟硬件来实现，控制规律的修改需要更换模拟硬件。
2、微机过程控制系统图5-1-2 微机过程控制系统基本框图以微型计算机作为控制器。
控制规律的实现，是通过软件来完成的。
改变控制规律，只要改变相应的程序即可。
3、数字控制系统DDC图5-1-3 DDC系统构成框图DDC(Direct Digital Congtrol)系统是计算机⽤于过程控制的最典型的⼀种系统。
微型计算机通过过程输⼊通道对⼀个或多个物理量进⾏检测，并根据确定的控制规律(算法)进⾏计算，通过输出通道直接去控制执⾏机构，使各被控量达到预定的要求。
由于计算机的决策直接作⽤于过程，故称为直接数字控制。
DDC系统也是计算机在⼯业应⽤中最普遍的⼀种形式。
(⼆)模拟PID调节器1、模拟PID控制系统组成图5－1－4 模拟PID控制系统原理框图2、模拟PID调节器的微分⽅程和传输函数PID调节器是⼀种线性调节器，它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的⽐例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进⾏控制。
a、PID调节器的微分⽅程式中b、PID调节器的传输函数a、⽐例环节：即时成⽐例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差⼀旦产⽣，调节器⽴即产⽣控制作⽤以减⼩偏差。
b、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。
c、微分环节：能反应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，减⼩调节时间。
pid控制原理详解及实例说明
pid控制原理详解及实例说明PID控制是一种常见的控制系统，它通过比例、积分和微分三个控制参数来实现对系统的控制。
在工业自动化等领域，PID控制被广泛应用，本文将详细介绍PID控制的原理，并通过实例说明其应用。
1. PID控制原理。
PID控制器是由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成的控制器。
比例部分的作用是根据偏差的大小来调节控制量，积分部分的作用是根据偏差的累积值来调节控制量，微分部分的作用是根据偏差的变化率来调节控制量。
PID控制器的输出可以表示为：\[ u(t) = K_p e(t) + K_i \int_{0}^{t} e(\tau) d\tau + K_d \frac{de(t)}{dt} \]其中，\(u(t)\)为控制量，\(e(t)\)为偏差，\(K_p\)、\(K_i\)、\(K_d\)分别为比例、积分、微分系数。
比例控制项主要用来减小静差，积分控制项主要用来消除稳态误差，微分控制项主要用来改善系统的动态性能。
通过合理地调节这三个参数，可以实现对系统的精确控制。
2. PID控制实例说明。
为了更好地理解PID控制的原理，我们以温度控制系统为例进行说明。
假设有一个加热器和一个温度传感器组成的温度控制系统，我们希望通过PID 控制器来控制加热器的功率，使得系统的温度稳定在设定的目标温度。
首先，我们需要对系统进行建模，得到系统的传递函数。
然后，根据系统的动态特性和稳态特性来确定PID控制器的参数。
接下来，我们可以通过实验来调节PID控制器的参数，使系统的实际响应与期望的响应尽可能接近。
在实际应用中，我们可以通过调节比例、积分、微分参数来实现对系统的精确控制。
比如，增大比例参数可以加快系统的响应速度，增大积分参数可以减小稳态误差，增大微分参数可以改善系统的动态性能。
通过不断地调节PID控制器的参数，我们可以使系统的温度稳定在设定的目标温度，从而实现对温度的精确控制。
总结。
通过本文的介绍，我们可以了解到PID控制的原理及其在实际系统中的应用。
PID控制原理与调整方法
PID控制原理与调整方法PID控制器是一种广泛应用于自动控制领域的控制器，其原理基于对误差信号的比例、积分和微分三个部分进行分析和调节。
PID控制器的主要作用是根据输入信号与期望输出信号之间的误差来调节控制系统的输出，使系统能够实现更加精确的控制。
\[ u(t)=K_pe(t)+K_i\int_0^t{e(\tau)d\tau}+K_d\frac{de(t)}{dt} \]其中，u(t)是控制器的输出，e(t)是输入信号与期望输出信号之间的误差，Kp、Ki、Kd分别是比例、积分和微分系数。
- 比例作用（Proportional）：比例控制是指输出控制量与误差信号之间的线性关系，即比例系数Kp乘以误差信号e(t)。
比例作用可以减小系统的稳定性误差，但容易导致系统的过冲和振荡。
- 积分作用（Integral）：积分作用是指输出控制量与误差信号的积分关系，即积分系数Ki乘以误差信号的积分。
积分作用可以消除系统的稳态误差，但可能会增大系统的超调量。
- 微分作用（Derivative）：微分作用是指输出控制量与误差信号的微分关系，即微分系数Kd乘以误差信号的微分。
微分作用可以改善系统的动态响应速度，减小系统的超调和振荡，但会增大系统的噪声敏感性。
综合比例、积分和微分三种作用，PID控制器可以实现对系统的精确控制，同时保持系统的稳定性和鲁棒性。
1.手动调整：手动调整是一种通过经验和试错的方式来确定PID控制器的参数的方法。
根据控制系统的响应特性，逐步调节比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd的数值，直到系统的性能达到满意的水平。
2.试控调整：试控调整是一种通过对系统的输出信号进行试控实验，从而确定PID控制器的参数的方法。
通过改变比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd的数值，观察系统的响应特性，逐步调整参数，直到找到最佳的参数组合。
3. 自动调整：自动调整是一种通过计算机算法来优化PID控制器的参数的方法。
PID控制原理详解及实例说明
PID控制原理详解及实例说明PID控制器是一种广泛应用于自动控制系统中的一种控制算法。
它可以根据被控对象的反馈信号，调整控制器的输出信号，从而实现对被控对象的控制。
PID控制器适用于各种自动控制系统，包括工业过程控制、机械运动控制和温度控制等。
本文将从PID控制原理和实例两个方面进行详细介绍。
首先，我们来看PID控制的原理。
PID控制器由三个部分组成，分别是比例（P）、积分（I）和微分（D）部分。
这三个部分可以根据具体的控制需求进行组合或选择。
比例部分（P）根据被控对象的反馈信号与期望值之间的偏差，输出与该偏差成正比的控制信号。
积分部分（I）通过积分被控对象的偏差信号，来消除静态误差。
微分部分（D）通过对被控对象的反馈信号进行微分，来预测被控对象未来的变化趋势。
PID控制的原理可以总结为以下几个步骤：首先，获取被控对象的反馈信号和期望值，计算偏差值；然后，根据比例系数和偏差值计算比例部分的输出；接着，将比例部分的输出与被控对象的反馈信号进行积分，并根据积分系数进行调整，计算积分部分的输出；最后，将比例部分和积分部分的输出与被控对象的反馈信号进行微分，并根据微分系数进行调整，计算微分部分的输出。
最终，将比例部分、积分部分和微分部分的输出进行加权求和，得到PID控制器的最终输出信号。
下面，我们以温度控制为例进行说明。
假设我们需要将一个物体加热到指定温度。
我们可以使用PID控制器来控制加热装置的功率，在达到指定温度时自动停止加热。
首先，我们需要将温度传感器的输出与设定温度进行比较，计算出温度的偏差。
然后，根据比例系数和偏差值计算出比例部分的输出。
如果比例部分的输出过大，可能会引发温度的过冲现象。
为了解决这个问题，我们引入积分部分，通过积分被控对象的偏差信号来消除静态误差。
如果积分部分的输出过大，可能会引发温度的振荡现象。
为了解决这个问题，我们引入微分部分，通过对温度的变化趋势进行预测，来控制加热装置的功率的变化速度。
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。
PID控制器的原理与参数调节
PID控制器的原理与参数调节PID控制器（Proportional-Integral-Derivative Controller）是一种常用的自动控制算法。
本文将介绍PID控制器的原理，并探讨其参数调节方法。
一、PID控制器原理PID控制器是基于反馈原理的控制算法，通过不断测量目标系统的状态，并根据实际误差来调节输出控制信号，以使系统的输出尽可能接近期望值。
PID控制器由三个参数组成：比例增益Kp、积分时间Ti和微分时间Td。
它们分别对应于控制器的三部分：比例部分、积分部分和微分部分。
1. 比例部分（Proportional）比例控制部分根据系统当前的误差进行调节。
比例增益Kp越大，系统的响应速度越快，但过大的增益可能导致系统产生超调或振荡的现象。
2. 积分部分（Integral）积分控制部分根据系统历史误差的累积值进行调节。
积分时间常数Ti越大，系统越稳定，但过大的积分时间可能导致系统对误差的响应过慢。
3. 微分部分（Derivative）微分控制部分根据当前误差的变化率进行调节。
微分时间常数Td 越大，系统对误差的变化越敏感，但过大的微分时间可能导致系统产生过冲。
综上所述，PID控制器的输出可以表示为：C(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，C(t)为控制器的输出，e(t)为系统当前误差，Kp、Ki、Kd为控制器的参数。
二、PID控制器的参数调节PID控制器的参数调节是为了优化系统的控制性能，通常可以通过试验、实验和理论分析等方法得出最佳参数。
常用的参数调节方法包括以下几种：1. 手动调节法手动调节法是最直观和简单的方法。
通过观察系统的响应曲线，逐步调节比例增益Kp、积分时间Ti和微分时间Td，使系统的超调量、响应速度和稳定性达到最佳状态。
但这种方法需要经验和耐心，并且耗费时间。
2. Ziegler-Nichols方法Ziegler-Nichols方法是一种经验性的整定方法，通过系统的开环响应曲线来确定参数。
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。
过程控制的PID调节原理分解
理论计算整定法
• 根轨迹法 • 频率特性法
4.6.2PID参数的工程整定方法
• (1) 动态特性参数法 • (2) 稳定边界法 • (3) 衰减曲线法
(1) 动态特性参数法
• 这是一种以被控对象控制通道的阶跃响应为依据， 通过一些经验公式求取调节器最佳参数整定值的 开环整定方法。
图4.33系统衰减振荡曲线
图4.34表示其阶跃响应曲线
图4.35简单控制系统的组成环节
图4.36由Gp(s)和G*c(s)组成的简 单控制系统
• 4.12 • 4.13
作业
考勤
• 电脑情况
– 自己有电脑 – 合买 – 合用+机房
• 将MATLAB安装及使用情况发给我
– 已安装 – 未安装
4.4.1积分调节规律和积分速度
du dt S0e
或u S0
t
edt
0
图4.14自力式气压调节阀
4.4.2积分调节的特点——无差调节
du dt S0e
或u S0
t
edt
0
4.4.3积分速度对于调节过程的影响
图4.15积分速度对调节过程的影响
图4.16P与I调节过程的比较
4.5比例积分微分(PID)调节
抗积分 饱和电
路
4.5.3比例微分（PD）调节
u
Kee
S2
de dt
u
1
(e
TD
de) dt
PD的传递函数
Gc
1
(1 TDs)
实际上Gc
1
TDs 1 TD s 1
KD
图4.25PD调 节器的单位 阶跃响应
11
PID控制原理讲解
PID控制原理讲解PID控制是一种经典的控制方法，它可以根据系统的反馈信息动态调整控制器的输出，从而保持系统的稳定性和精确性。
PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成，分别对应于控制器的输出与误差信号之间的线性比例调节、积累调节以及差分调节。
首先，我们来详细介绍PID控制器中的比例部分（P部分）。
比例控制是根据当前的误差信号与设定值之间的差异，通过乘以一个比例系数Kp来调节控制器的输出。
这意味着，当误差增大时，比例控制器的输出也会相应增大，从而加大对系统的控制力度。
比例控制具有快速响应的特点，但是可能会导致系统存在稳态误差，即输出值与设定值之间的差异。
为了解决稳态误差的问题，我们引入积分控制（I部分）。
积分控制是指根据误差信号的累积值与一个积分系数Ki的乘积来调节控制器的输出。
积分控制器积累了过去一段时间内的误差信息，并将其加入到控制器的输出中。
这样，当存在稳态误差时，积分作用可以逐渐减小误差，并将系统调整到设定值附近。
但是，积分控制也可能引入更多的稳定问题，例如系统的超调和振荡。
为了解决上述稳定性问题，我们引入微分控制（D部分）。
微分控制是根据误差信号的变化率与一个微分系数Kd的乘积来调节控制器的输出。
微分控制器可以预测未来的误差变化趋势，并通过调整控制力度来减小误差的过度变化。
微分控制具有稳定性和抑制震荡的作用，但是过大的微分系数可能会引入噪声放大。
将比例、积分和微分三个部分结合在一起，就形成了PID控制器。
PID控制器的输出被定义为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t) 是控制器的输出，e(t) 是当前的误差信号，de(t)/dt是误差信号的变化率。
Kp、Ki和Kd 是比例、积分和微分系数，它们根据具体的应用和系统特性进行调节。
PID控制器通过不断地比较误差信号和设定值，计算输出信号，并根据反馈信息调整控制力度，使系统逐渐稳定在设定值附近。
pid控制原理
pid控制原理
PID控制是基于闭环反馈原理的一种控制算法，被广泛应用于自动控制系统中。
全名为Proportional (比例) – Integral (积分) –Derivative (微分) Control，它根据控制对象的误差来实时调节输出信号，以实现准确地控制目标值。
PID控制器的主要原理可以分解为三部分：
1. 比例控制：该部分根据误差的大小比例放大，并产生相应的输出信号。
比例项的作用是使控制器对误差的改变产生较快的反应，但可能会引起超调或震荡现象。
2. 积分控制：该部分根据误差随时间的累积情况进行调节，以减小系统的稳态误差。
积分项的作用是消除系统的静态误差，但会增加系统的响应时间。
3. 微分控制：该部分根据误差的变化率进行调节，以提高系统的动态响应能力。
微分项的作用是抑制系统的超调及震荡，但过大的微分作用可能导致系统不稳定。
PID控制器通常通过调节比例、积分和微分参数来优化控制过程。
比例参数决定了系统的响应速度和超调量，积分参数影响系统的稳态误差，而微分参数则影响系统的抗干扰能力。
PID控制器的设计和调整一般需要根据具体的控制对象和要求进行实际操作和优化。
使用PID控制器能够实现精确控制、
稳定性较好的控制效果，因此在工业自动化、机械控制等领域得到广泛应用。
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控制详细介绍
PID控制详细介绍PID控制是一种常用的反馈控制算法，常用于工业过程控制系统中。
PID控制是根据被控对象的输出与期望值之间的误差，通过调节控制器的输出来驱动被控对象，以使输出接近期望值。
PID控制算法通过不断地调整比例、积分和微分三个参数来实现系统的动态响应和稳态性能。
下面将详细介绍PID控制算法的原理及其参数调节方法。
PID控制算法基于以下原理：比例控制器通过测量被控对象的输出与期望值的误差，将该误差乘以一个比例常数Kp作为控制变量的改变量；积分控制器则根据误差的累积值乘以一个积分常数Ki，将结果作为控制变量的改变量；微分控制器通过测量误差的变化率乘以一个微分常数Kd，将结果作为控制变量的改变量。
总的控制变量即为上述三个改变量之和。
比例控制器起到的作用是实现系统的快速响应，但不能消除稳态误差；积分控制器的作用是消除稳态误差，但响应时间较慢，导致系统的超调现象；微分控制器的作用是根据误差的变化率进行控制，用于改善系统的动态性能，减小超调现象和震荡。
1.经验法：根据经验选择参数，根据系统的特性和需求来调整参数，但该方法存在主观性较强和不易精确控制的问题。
2. Ziegler-Nichols方法：这是一种基于试验的调参方法，首先将比例控制器参数Kp设为零，然后逐渐增加，直到系统发生振荡。
根据振荡的周期和振幅，可以得到系统的临界增益Kcr和临界周期Tcr，进而计算出Kp、Ki和Kd的值。
3.平衡点附近方法：首先通过施加一个步变输入，使系统达到一个稳态；然后通过观察系统的响应曲线，根据系统的平衡点附近的动态特性来调整参数。
4.自整定法：根据被控对象的频率响应特性和控制系统的要求，使用自整定算法来自动调整PID参数。
常见的自整定算法有最小二乘法、最小方差法和模拟退火法等。
总结来说，PID控制是一种基于反馈的控制算法，通过不断调整控制器的输出来使系统的输出接近期望值。
PID控制算法的原理主要基于比例、积分和微分三个环节，通过调整这三个环节的参数来实现系统的快速响应和稳态性能。
过程控制_PID调节原理
(4.5)
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4 PID调节原理
习题4.7(p102)
某电动比例调节器的测量范围为100~200oC，其 输出为0~10mA。当温度从140oC变化到160oC时， 测得调节器的输出从3mA变化到7mA。试求出该调 节器比例带。
e /(emax emin ) 100 % u /(umax umin )
放大系数越小，即比例带越大，余差就越大；
放大系数越大，即比例带越小，比例调节作用 越强，余差就越小。
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4 PID调节原理 4.2.3 比例带对于调节过程的影响
a)δ大
调节阀的动作幅度小，变化平 稳，甚至无超调，但余差大， 调节时间也很长
b)δ减小
调节阀动作幅度加大，被调量 来回波动，余差减小
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 = Kp e （4.3）
式中Kp称为比例增益
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4 PID调节原理 P调节的阶跃响应
e
• P调节对偏差信号能做出及时 反应，没有丝毫的滞后。
t
0
u
u0+Kpe u0
t
u = Kp e
• 输出u实际上是对其起始值的 增量。因此，当偏差e为零， 因而u＝0时，并不意味着调节 器没有输出，它只说明此时有 u=u0。 • u0的大小是可以通过调整调节 器的工作点加以改变的。
超出这个“比例带”以外
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。
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4 PID调节原理
如果采用单元组合仪表，调节器的输入和输出都 是统一的标准信号，即
emax emin umax umin ，则有
搞懂工控中的PID原理只需一分钟
1分钟搞懂工控中的PID原理PI0原理一、概念1.定义①PID控制器是一种广泛应用于工业控制系统中的反馈控制器。
②通过比例、积分、微分三种控制规律来调整系统的输出，以减小或消除系统的偏差，使系统达到预定的性能指标。
2.工作原理①PID控制器的工作原理基于反馈控制。
②控制系统通过比较实际输出与设定值来检测误差，并据此计算控制信号以调整输入，减少误差。
③PID控制器的输出计算公式通常如下:二、参数调节1847①系统的输入r(t)为控制量的目标输出值，输出y(t)为控制量的实际输出值，e(t)为输出量目标值与实际值的偏差量，PID算法的调控是基于e(t)进行的。
②比例调节是基于实际值与目标值的偏差量进行线性调节，在系统中表现为Kpe(t),Kp为比例增益。
Kp大导致调节动作剧烈，Kp小则调节反应温和。
③积分调节是利用历史偏差量的累计对系统输出进行调节，在系统种表示为:tK i∫e（t）dt，K d为积分利益K e(tdt, Ki为积分增益。
④积分调节通过积累误差来消除稳态误差，提高系统精度。
但增益Ki过大可能导致超调和积分饱和。
⑤微分调节是基于偏差量的变化速率(偏差求导)对系统输出进行调节，在系统种表示为:de（t）K d─────dt⑥微分调节抑制超调，提高稳定性。
增益Kd过高会延长调节时间，降低抗干扰性。
⑦偏差值在经过三种调节作用后会产生一个控制量u(t),u(t) 将通过执行单元控制输出。
系统将利用采样单元将输出反馈给输入端进行偏差量计算。
⑧常规PID控制系统中u(t)与e(t)之间的函数关系如下:t de（t）u(t)=K P e(t) +кі∫e(t)dt+K d───────式10 dt三、PID控制器的性能评估及优化①策略优化:考虑自适应PID和模糊控制以适应变化和处理非线性。
②持续改进:基于数据不断优化参数，引入机器学习算法。
四、应用场景①恒压供水系统在供水系统中，PID控制器用于维持管网压力的恒定。
工业自动化过程控制中PID控制算法的参数调节
工业自动化过程控制中PID控制算法的参数调节在工业自动化领域，PID（Proportional, Integral, Derivative）控制算法被广泛应用于过程控制中。
PID控制算法通过调整参数来实现对控制系统的精确控制，提高过程的稳定性和效率。
本文将介绍PID控制算法的基本原理，并探讨在工业自动化过程控制中如何进行PID控制算法的参数调节。
首先，让我们了解PID控制算法的基本原理。
PID控制算法包含三个控制项：比例控制（P项）、积分控制（I项）和微分控制（D项）。
比例控制项根据误差的大小来调整输出信号，使其与设定值尽可能接近。
积分控制项用于消除稳态误差，并提高系统的稳定性。
微分控制项通过预测误差的变化趋势来调整输出信号，以减小系统的超调和震荡。
在工业自动化过程控制中，PID控制算法的参数调节是非常重要的。
合适的参数设置可以提高系统的控制性能和稳定性。
常用的PID参数调节方法有经验调节法、试控法、模拟法和自整定法等。
下面分别介绍这些方法的原理和应用。
经验调节法是一种简单直观的PID参数调节方法。
通过经验公式或规则来设置PID参数，以达到满足控制要求的效果。
这种方法适用于那些参数较为固定的过程。
试控法则是通过调整PID参数并观察系统响应来判断参数的合理性。
通过不断尝试不同的参数值，逐渐调整到最佳参数，达到控制效果优化的目的。
模拟法是一种依靠数学模型模拟和仿真的方法。
通过建立系统的数学模型，并使用模拟软件进行仿真实验，来选择最佳的PID参数。
这种方法可以减少实际试验次数，为参数调节提供便利和准确性。
自整定法是一种基于系统自身的特性进行参数调节的方法。
通过系统的频率响应和步跳响应等特性来分析系统的动态特性，从而确定PID参数的最佳值。
除了上述方法，还有一种叫做自适应PID控制的参数调节方法。
自适应PID控制算法通过不断监测系统的性能和环境变化，自动调整PID参数以适应不同的工况和控制要求。
这种方法能够在系统动态变化较大的情况下保持良好的控制效果。
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调节器选择
• 选择调节器动作规律时应根据对象特性、 负荷变化、主要扰动和系统控制要求等具 体情况，同时还应考虑系统的经济性以及 系统投入方便等。
调节器定性选择原则
• 广义对象控制通道时间常数较大或容积迟延较大 时，应引入微分动作 • 当广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化也 不大，而工艺要求无残差时，可选择比例积分动 作 • 广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化较小， 工艺要求不高时，可选择比例动作 • 当广义对象控制通道时间常数或容积迟延很大， 负荷变化亦很大时，简单控制系统已不能满足要 求，应设计复杂控制系统。
0
t
1 u (e Ti
1
t
0
edt)
图4.17PI调节器的阶跃响应
图4.18加热器水温PI控制系统在热 水流量阶跃扰动下的调节过程
图4.19PI控制系统不同积分时间 的响应过程
图4.20温度 比例积分控 制系统积分 饱和
图4.21积分动作由调节器输出通过
图4.22利用间隙单元抗积分饱和
图4.3工业对象的幅频和相频特性
图4.4纯时间滞后的效应
图4.5单容水槽图
图4.6自平衡过程的阶跃响应
图4.7具有纯时间滞后的自平衡过 程的阶跃响应
4.8单容积分水槽及其阶跃响应
图4.9列管式换热器
图4.10中和反应器及其静特性
4.3比例调节(P调节)
• 4.3.1比例调节的动作规律和比例带 • 4.3.2比例调节的特点——有差调节 • 4.3.3比例带对于调节过程的影响
4.4.1积分调节规律和积分速度
du S0e dt 或u S 0 edt
0 t
图4.14自力式气压调节阀
4.4.2积分调节的特点——无差调节
du S0e dt 或u S 0 edt
0 t
4.4.3积分速度对于调节过程的影响
图4.15积分速度对调节过程的影响
图4.16P与I调节过程的比较
调节器定量选择原则
• τ/T＜0.2，选择比例或比例积分动作； • 0.2＜τ/T＜1.0，选择比例微分或比例积分 微分动作； • τ/T＞1．0，采用简单控制系统往往不能满 足控制要求，应选用如串级、前馈等复杂 控制系统。
4.6PID调节器的参数工程整定
• 4.6.1PID参数整定的基本原则 • 4.6.2PID参数的工程整定方法
4.6.1PID参数整定的基本原则
PID调节原理
控制系统的设计归根到底就是调节器的设计 就是调节规律的确定和调节器参数的整定。
本章内容
4.1PID控制概述 4.2过程控制系统的动态特性 4.3比例调节(P调节) 4.4积分调节(I调节) 4.5比例积分微分调节（PID调节） 4.6PID调节器的参数工程整定
4.1PID控制概述
• • • • P- Proportional，比例 I- Integral，积分 D- Differential，微分 PID控制是比例积分微分控制的简称
4.5比例积分微分(PID)调节
• • • • 4.5.1关于微分调节 4.5.2比例积分（PI）调节 4.5.3比例微分（PD）调节 4.5.4比例积分微分调节规律及其基本特征
4.5.1关于微分调节
de u S2 dt
4.5.2比例积分（PI）调节
u K c e S0 edt
正、反作用方式
• 所谓正作用方式是指调节器的输出信号u随 着被调量y的增大而增大，此时称整个调节 器的增益为“+”。 • 处于反作用方式下，u随着被调量y的增大 而减小，调节器的增益为“-”。
图4.2根据控制系统方框图确定调 节器正反作用
4.2过程控制系统的动态特性
• • • • • (1) 对象的动态特性是单调、不振荡的 (2) 对象动态特性的延迟性和时间常数大 (3) 对象的动态特性具有纯时间滞后 (4) 被控对象的自平衡与非自平衡特性 (5) 被控对象的动态特性往往具有非线性特 征
图4.25PD调 节器的单位 阶跃响应
t u ( K D 1) exp( ) TD / K D
1
1
图.26 PD调 节器的 斜坡响 应
图4.27P调节系统和PD调节系统 调节过程的比较
图4.28PD控制系统不同微分时间 的响应过程
图4.29工业PID调节器单位阶跃 响应
图4.30各种调节动作对应的响应 过程
4.5.4比例积分微分调节 规律及其基本特征
de u K c e S 0 edt S 2 0 dt 1 1 t de u (e edt TD ) TI 0 dt
t
PID传递函数
1 G ( s) (1 TD s ) TI s 1 * 1 * TD s TI s * Gc ( s) K c 1 TD 1 s K I TI s K D 1
PID控制的优点
• 原理简单，使用方便 • 适应性强 • 鲁棒性强(Robust)
图4.1生产过程简单 控制系统方框图
广义被控对象
• 一般包括调节阀、被控对象和测量变送元 件
偏差信号e
• 按仪表制造业的规定，进入调节器运算部 分的偏差信号e定义为 e =y - r 式中 r——设定值； y——被调量的实测值。 控制工程中的定义为 e=r-y
4.3.1比例调节规律和比例带
u Kce
称为比例带
u
1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
e
4.3.2比例调节的特点—有差调节
图4.11所示加热器水温控制系统
图4.12比例调节是有差调节
4.3.3比例带对于调节过程的影响
图4.13δ对于比例调节过程的影响
4.4积分调节(I调节)
• 4.4.1积分调节规律和积分速度 • 4.4.2积分调节的特点——无差调节 • 4.4.3积分速度对于调节过程的影响
图4.23间歇反应器温度控制系统 对设定值的响应曲线
图4.24 调节器 抗积分 饱和电 路
4.5.3比例微分（PD）调节
de u K ee S2 dt 1 de u (e TD ) dt
PD的传递函数
Gc
1
(1 TD s )
1 TD s 1 实际上G c TD s 1 KD