PID控制介紹|什麼是PID控制系統及其應用原理?

何謂PID    
      
在工程實際中,應用最為廣泛的調節器控制規律為比例積分微分控制,簡稱PID控制,又稱PID調節。PID控制器問世至今已有近60年的歷史了,它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制主要和可靠的技術工具。當被控對象的結構和參數不能完全掌握,或得不到精確的數學模型時,控制理論的其它設計技術難以使用,系統的控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定,這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統的參數的時候,便最適合用PID控制技術。       

比例(P)控制
比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差訊號成比例關係。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差(Steady-state error)。

積分(I)控制

在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差訊號的積分成正比關係。

對一個自動控制系統,如果在進入穩態後存在穩態誤差,則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統(System with Steady-state Error)。為了消除穩態誤差,在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取關於時間的積分,隨著時間的增加,積分項會增大。這樣,即便誤差很小,積分項也會隨著時間的增加而加大,它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小,直到等於零。

因此,比例+積分(PI)控制器,可以使系統在進入穩態後無穩態誤差。

微分(D)控制

在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差訊號的微分(即誤差的變化率)成正比關係。

自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是由於存在有較大慣性的元件(環節)和(或)有滯後(delay)的元件,使力圖克服誤差的作用,其變化總是落後於誤差的變化。解決的辦法是使克服誤差的作用的變化要有些“超前”,即在誤差接近零時,克服誤差的作用就應該是零。這就是說,在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的,比例項的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項”,它能預測誤差變化的趨勢,這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使克服誤差的控制作用等於零,甚至為負值,從而避免了被控量的嚴重地沖過頭。

所以對有較大慣性和(或)滯後的被控對象,比例+微分(PD)的控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。

line