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PID图形讲解(补充)

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论PID调节器比例(P),积分(I),微分(D)的影响.

本文用MATLAB/SIMULINK仿真,详细讲述了P,I,D单独变化时,对系统动态响应和稳态精度的影响。

PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

u(t)Kp{e(t)T/Ti(e()d)Td/T(de(t)/dt)}

0t

比例控制:

比例控制是一种最简单的控制方式,其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时,系统输出存在稳态误差。

积分控制:

对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项的误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项误差会增大。这样即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大,使稳态误差进一步减小,直至等于零。因此,PI控制器可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

微分控制:

自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳,原因是由于存在有较大惯性组件或有滞后组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化,解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这也就是说,微分项能够预测误差变化的趋势,这样PD调节器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对于有较大惯性环节或滞后的被控对象,PD控制器能改善系统在调节过程中的动态响应。

等幅(临界)振荡: Kp=48;T=2.5s;

PID: Kp=0.013; Td=0.35; 1/Ti=0.813; T=2.5;

PID: Kp=0.1; Td=0.35; 1/Ti=0.813; T=2.5;

PID: Kp=0.013; Td=0.35; 1/Ti=0.01; T=2.5;(系统积分时间常数越大,系统振荡小,动态响应时间小)

PID: Kp=0.013; Td=0.35; 1/Ti=1.15; T=2.5;(积分时间常数越小,积分作用强,系统不稳定)

PID: Kp=0.013; Td=1000; 1/Ti=0.813; T=2.5;(微分时间常数的作用效果不明显,Td=1000时,超调量减小一点,对动态响应时间影响不大) Td的影响是:Td增大时,超调量减小,动态性能得到改善。

PID: Kp=0.013; Td=3000; 1/Ti=0.813; T=2.5;(继续加大微分时间常数,Td=3000,Td过大时,引起过大的超调,系统不稳)

一般Td值不用设置,取0构成PI调节器,假如要设置和确定比例KP 一样,调大Td出现振荡时,确定Td为当前值的30%。

实际上,PID参数整定的方法并不是唯一的,事实上P,I,D参数三部分作用会相互影响。

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