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自动控制学习笔记(PID控制原理).pdf
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更新于2023-05-26
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自动控制学习笔记(PID控制原理)pdf,PID 算法是最早发展起来的控制策略之一,于其算法简单、鲁棒性好及可靠性高而被广泛地应用于过程控制和运动控制中。
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自动控制学习笔记(PID 控制原理)
PID 控 制 原 理
PID 算法是最早发展起来的控制策略之
一,于其算法简单、鲁棒性好及可靠性
高而被广泛地应用于过程控制和运动控
制中。尤其是随着计算机技术的发展,
数字 PID 控制被广泛地加以应用,不同
的 PID 控制算法其控制效果也各有不
同。 将偏差的比例、积分和微分通
过线性组合构成控制量,用这一控制量
对被控对象进行控制,这样的控制器称
PID 控制器。 模拟 PID 控制原
理 在模拟控制系统中,控制器
最常用的控制规律是 PID 控制。 常规的
模拟 PID 控制系统原理框图如图所示。
比例 + r(t) + e(t) + 积分 u(t)
被 控 对 象 y(t) - + 微 分
模拟 PID 控制系统原理图 该系统
模拟 PID 控制器和被控对象组成。图中,
r(t)是给定值,y(t)是系统的实际输出值,

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给定值与实际输出值构成控制偏差 e(t)
(te) = r(t) ? y(t) e (t)作为 PID 控制的
输入,u(t)作为 PID 控制器的输出和被控
对象的输入。所以模拟 PID 控制器的控
制 规 律 为 u(t) =Kp [e(t) +dt+Td]
其中:Kp――控制器的比例系数 Ti
--控制器的积分时间,也称积分系数
Td――控制器的微分时间,也称微分系
数 1、比例部分 比例部分
的数学式表示是:Kp*e(t) 在模拟
PID 控制器中,比例环节的作用是对偏
差瞬间作出反应。偏差一旦产生控制器
立即产生控制作用,使控制量向减少偏
差的方向变化。控制作用的强弱取决于
比例系数 Kp,比例系数 Kp 越大,控制
作用越强,则过渡过程越快,控制过程
的静态偏差也就越小;但是 Kp 越大,也
越容易产生振荡,破坏系统的稳定性。
故而,比例系数 Kp 选择必须恰当,才能
过渡时间少,静差小而又稳定的效果。
2、积分部分 积分部分的数学式表
示是: 从积分部分的数学表达式可

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以知道,只要存在偏差,则它的控制作
用就不断的增加;只有在偏差 e(t)=0 时,
它的积分才能是一个常数,控制作用才
是一个不会增加的常数。可见,积分部
分可以消除系统的偏差。 积分环节
的调节作用虽然会消除静态误差,但也
会降低系统的响应速度,增加系统的超
调量。积分常数 Ti 越大,积分的积累作
用越弱,这时系统在过渡时不会产生振
荡;但是增大积分常数会减慢静态误差
的消除过程,消除偏差所需的时间也较
长,但可以减少超调量,提高系统的稳
定性。当 Ti 较小时,则积分的作用较强,
这时系统过渡时间中有可能产生振荡,
不过消除偏差所需的时间较短。所以必
须根据实际控制的具体要求来确定 Ti。
3、微分部分 微分部分的数学式表
示是:Kp*Td 实际的控制系统除了
希望消除静态误差外,还要求加快调节
过程。在偏差出现的瞬间,或在偏差变
化的瞬间,不但要对偏差量做出立即响
应,而且要根据偏差的变化趋势预先给

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出适当的纠正。为了实现这一作用,可
在 PI 控制器的基础上加入微分环节,形
成 PID 控制器。 微分环节的作用使
阻止偏差的变化。它是根据偏差的变化
趋势进行控制。偏差变化的越快,微分
控制器的输出就越大,并能在偏差值变
大之前进行修正。微分作用的引入,将
有助于减小超调量,克服振荡,使系统
趋于稳定,特别对髙阶系统非常有利,
它加快了系统的跟踪速度。但微分的作
用对输入信号的噪声很敏感,对那些噪
声较大的系统一般不用微分,或在微分
起作用之前先对输入信号进行滤波。 微
分部分的作用微分时间常数 Td 决定。Td
越大时,则它抑制偏差 e(t)变化的作用越
强;Td 越小时,则它反抗偏差 e(t)变化
的作用越弱。微分部分显然对系统稳定
有很大的作用。 适当地选择微分常数
Td,可以使微分作用达到最优。 数
字式 PID 控制算法可以分为位置式 PID
和增量式 PID 控制算法。 1.位
置式 PID 算法 于计算机控制是一
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