什么是PID控制?PID控制有哪些作用?

PID控制是一種線性控制，PID控制通過積分作用消除誤差，而微分控制可縮小超調(diào)量，加快反應(yīng)，是綜合了PI控制與PD控制長(zhǎng)處，并消除其短處。為增進(jìn)大家對(duì)PID的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)PID控制、PID控制作用予以介紹。如果你對(duì)PID具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、PID控制

PID控制從20世紀(jì)30年代末期出現(xiàn)以來，已成為模擬控制系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種控制方式。技術(shù)人員和操作人員對(duì)它也最為熟悉。在工業(yè)過程控制中，由于難以建立被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)的參數(shù)經(jīng)常發(fā)生變化，所以運(yùn)用控制理論分析綜合代價(jià)比較大。PID控制技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)調(diào)整方便，其實(shí)質(zhì)是根據(jù)輸入的偏差值，按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果用以輸出進(jìn)行控制。它是在長(zhǎng)期的工程實(shí)踐巾總結(jié)出來的一套控制方法，實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和理論分析都表明，對(duì)許多工業(yè)過程進(jìn)行控制時(shí)，這種方式都能得到比較滿意的效果。

在計(jì)算機(jī)用于工業(yè)控制之前，氣動(dòng)、液動(dòng)和電動(dòng)的PID模擬控制器在過程中占有壟斷地位。在計(jì)算機(jī)用于過程控制之后，雖然出現(xiàn)了許多只能用計(jì)算機(jī)才能實(shí)現(xiàn)的先進(jìn)控制策略，但資料表明，采用PID的計(jì)算機(jī)控制回路仍占85%以上。用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)PID控制，形成了數(shù)字PID控制技術(shù)。它并非只能簡(jiǎn)單地重現(xiàn)模擬PID控制器的功能，而是在把模擬PID控制規(guī)律數(shù)字化的同時(shí)，結(jié)合了計(jì)算機(jī)控制的特點(diǎn)及計(jì)算機(jī)邏輯判斷功能，增加了許多功能模塊，使傳統(tǒng)的PID控制更加靈活多樣，更能滿足生產(chǎn)過程提出的要求。數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)是一種連續(xù)化設(shè)計(jì)方法，這種連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)要求在采樣周期化比較短的情況下，才能達(dá)到滿意的控制效果。

二、PID控制作用是什么

1、PID(比例-積分-微分)控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有50多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。

2、PID控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。

3、 PID控制器由比例單元(P)、積分單元(I)和微分單元(D)組成。

4、其輸入e (t)與輸出u (t)的關(guān)系為 因此它的傳遞函數(shù)為： 它由于用途廣泛、使用靈活，已有系列化產(chǎn)品，使用中只需設(shè)定三個(gè)參數(shù)(Kp， Ki和Kd)即可。

5、在很多情況下，并不一定需要全部三個(gè)單元，可以取其中的一到兩個(gè)單元，但比例控制單元是必不可少的。

6、 首先，PID應(yīng)用范圍廣。

7、雖然很多工業(yè)過程是非線性或時(shí)變的，但通過對(duì)其簡(jiǎn)化可以變成基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，這樣PID就可控制了。

8、 其次，PID參數(shù)較易整定。

9、也就是，PID參數(shù)Kp，Ki和Kd可以根據(jù)過程的動(dòng)態(tài)特性及時(shí)整定。

10、如果過程的動(dòng)態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定。

11、 第三，PID控制器在實(shí)踐中也不斷的得到改進(jìn)，下面兩個(gè)改進(jìn)的例子。

12、 在工廠，總是能看到許多回路都處于手動(dòng)狀態(tài)，原因是很難讓過程在“自動(dòng)”模式下平穩(wěn)工作。

13、由于這些不足，采用PID的工業(yè)控制系統(tǒng)總是受產(chǎn)品質(zhì)量、安全、產(chǎn)量和能源浪費(fèi)等問題的困擾。

14、PID參數(shù)自整定就是為了處理PID參數(shù)整定這個(gè)問題而產(chǎn)生的。

15、現(xiàn)在，自動(dòng)整定或自身整定的PID控制器已是商業(yè)單回路控制器和分散控制系統(tǒng)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

16、 在一些情況下針對(duì)特定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的PID控制器控制得很好，但它們?nèi)源嬖谝恍﹩栴}需要解決： 如果自整定要以模型為基礎(chǔ)，為了PID參數(shù)的重新整定在線尋找和保持好過程模型是較難的。

17、閉環(huán)工作時(shí)，要求在過程中插入一個(gè)測(cè)試信號(hào)。

18、這個(gè)方法會(huì)引起擾動(dòng)，所以基于模型的PID參數(shù)自整定在工業(yè)應(yīng)用不是太好。

19、 如果自整定是基于控制律的，經(jīng)常難以把由負(fù)載干擾引起的影響和過程動(dòng)態(tài)特性變化引起的影響區(qū)分開來，因此受到干擾的影響控制器會(huì)產(chǎn)生超調(diào)，產(chǎn)生一個(gè)不必要的自適應(yīng)轉(zhuǎn)換。

20、另外，由于基于控制律的系統(tǒng)沒有成熟的穩(wěn)定性分析方法，參數(shù)整定可靠與否存在很多問題。

21、 因此，許多自身整定參數(shù)的PID控制器經(jīng)常工作在自動(dòng)整定模式而不是連續(xù)的自身整定模式。

22、自動(dòng)整定通常是指根據(jù)開環(huán)狀態(tài)確定的簡(jiǎn)單過程模型自動(dòng)計(jì)算PID參數(shù)。

23、 PID在控制非線性、時(shí)變、耦合及參數(shù)和結(jié)構(gòu)不確定的復(fù)雜過程時(shí)，工作地不是太好。

24、最重要的是，如果PID控制器不能控制復(fù)雜過程，無論怎么調(diào)參數(shù)都沒用。

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