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PID原理详解(学习笔记1)
一、P比例控制
二、I 积分控制
三、微分作用
四、总结
***关于pid原理,我们可以通过一个实际装水的例子来进行学习→→
基本公式
结构图
假设:
现在有一个水箱,它目前实际液位h=0.2m
目标是经过调节后它的液位达到理想液位H=1.0m
给定比例系数 kp=0.5
一、P比例控制
情况一:只用p控制:
起始误差err0=1.0-0.2=0.8m
第一轮调节后:
水箱实际高度 h=0.2+0.8×0.5= 0.6m
当前误差err=0.4m
第二轮调节:
水箱实际高度 h=0.6+0.4*0.5= 0.8m
当前误差 err=0.2m
第三轮调节:、
水箱实际高度 h=0.8+0.2×0.5= 0.9m
当前误差err=0.1m
。。。
。。。
如此往复循环,最终水箱的液位高度就能基本达到理想高度H=1.0附近。
特性总结:
优点:Kp越大,调节过程越快(调节时间ts越小),响应速度变快;
缺点:Kp越大,超调量也会随之变大,系统调节过程的震荡性就会变强,稳定性变弱;
且单纯的用比例作用,系统大概率会存在稳态误差,为有差系统;
二、I 积分控制
情况二:考虑容器漏水的情况
每一轮漏水量 h0=0.1m
若只有比例控制,按照情况一的流程
直到液位 h=0.8m时
此时,每次增加的液位▲h= 0.5×0.2=0.1m
恰好▲h=h0=0.1m(漏水量=进水量);
液位不再上升;
所以实际液位将永远不会到达1.0m,将存在稳态误差error=0.2m;系统为有差系统。
这时候,积分大佬闪亮登场~~↓
这个时候引入积分控制,积分作用将对以前的每次误差进行累计;
液位h <1m 时,进行正向积分作用
液位h >1.0时,进行负向积分作用
直到误差为err= 0,积分作用停止。
特性总结:
在控制器中引入“积分项”,可消除稳态误差,提高无差度;
积分系数Ki越小,积分作用越大;
积分作用越强,系统稳定性变弱,系统动态过程越慢;
对高阶系统也不能消除稳态误差(自控里边稳态误差那个表);
三、微分作用
情况三
微分作用的引入,可以加快调节液位的速度,
当误差err比较小时,微分作用可以让调节作用变弱,
这样就增强了液位调节过程的稳定性,也加快了调节过程。
概括: 微分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。
特性总结:
微分作用可以减少超调,减少调节时间。
微分作用对高频噪音有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。
四、总结
正如我的一个老师总结所说:pid控制器具有很强的哲理性, p代表控制现在,i是汲取曾经的经验,d是预判的去掌控未来。
只有不忘曾经,把握当下,规划未来;我们的人生轨迹才会按照既定的目标前进!
<注>: 为今日学习笔记,若有不妥之处,还请指正!
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1、比例控制(P):控制器的输出与输入误差信号成比例关系。如果只有比例控制,则系统输出存在稳态误差。
2、积分控制(I):控制器的输出与输入信号的积分成正比。积分项可以消除稳态误差。P+I可以让系统编程无稳态误差。
3、微分控制(D):控制器的输出与输入信号的微分成正比。微分项可以避免超调现象。对于有较大惯性或者滞后的被控对象,P+D可以改善系统在调节过程中的动态特性。
PID常用口诀:
参数整定找最佳,从小到大顺序查
先是比例后积分,最后再把微分加
曲线振荡很频繁,比例度盘要放大
曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳
曲线偏离回复慢,积分时间往下降
曲线波动周期长,积分时间再加长
曲线振荡频率快,先把微分降下来
动差大来波动慢。微分时间应加长
理想曲线两个波,前高后低4比1
一看二调多分析,调节质量不会低
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