PDF《基于MATLAB/Simulink 的PID 参数整定》

2 PID 控制 2.1 PID控制原理 常规 PID 控制系统的原理框图如图

1 所示.该系统主要由 PID 控制器和被控对象组成. PID 控制器是一种线性控制器,它根据给定值 ) (t r 与实际输 出值 ) (t y 构成控制偏差 ) (t e ,将偏差按比例、 积分和微分通过线 性组合构成控制量 ) (t u ,对被控对象进行控制.控制器的输出和 输入之间的关系可描述为: ] ) ( ) (

1 ) ( [ ) (

0 dt t de T t e T t e K t u d t i p + + = ∫ 式中, P K 为比例系数, i T 为积分时间常数, d T 为微分时间常数. 《 自动化技术与应用》2

0 0

9 年第

2 8 卷第

0 3 期Techniques of Automation &

Applications |

25 工业控制与应用 Industry Control and Applications 2.2 PID 控制器参数对控制性能的影响 1) 比例系数 P K 比例系数 P K 加大,会使系统的响应速度加快,减小系统稳态 误差,从而提高系统的控制精度.过大的比例系数 P K 会使系统产 生超调,并产生振荡或使振荡次数增多,使调节时间加长,并使系 统稳定性变坏或使系统变得不稳定. 当PK太小时,又会使系统的 动作缓慢. 2) 积分时间常数 i T 一般不单独采用积分控制器,通常与比例控制或比例微分控 制联合作用,构成 PI 控制或 PID 控制.积分作用的强弱取决于积 分时间常数 i T 的大小, i T 越小,积分作用越强,反之则积分作用 弱.增大积分时间常数 i T ,有利于减小超调,减小振荡,使系统更 稳定,但同时要延长系统消除静差的时间.积分时间常数太小会 降低系统的稳定性,增大系统的振荡次数. 3) 微分时间常数 d T 微分控制作用只对动态过程起作用,而对稳态过程没有影响, 且对系统噪声非常敏感,所以单一的微分控制器都不宜采用.通 常与比例控制或比例积分控制联合作用,构成 PD 控制或 PID 控制.微分作用的强弱取决于微分时间常数 d T 的大小, d T 越大,微 分作用越强,反之则越弱. 微分时间常数 d T 偏大或偏小时,系统的 超调量都较大,调节时间都较长,只有选择合适的 d T ,才能获得比 较满意的过度过程. 从PID 控制器的

3 个参数的作用可以看出

3 个参数直接影响 控制效果的好坏,所以要取得较好的控制效果,就必须合理的选择 控制器的参数. 总之,比例控制主要用于偏差的 粗调 ,保证控制 系统的 稳 ;

积分控制主要用于偏差的 细调 ,保证控制系统的 准 ;

微分控制主要用于偏差的 细调 ,保证控制系统的 快 [3] .

3 临界比例度法 Ziegler和Nichols提出的临界比例度法是一种非常著名的工 程整定方法[4] . 通过实验由经验公式得到控制器的近似最优整定 参数,用来确定被控对象的动态特性的两个参数:临界增益 u K 和 临界振荡周期 u T . 临界比例度法[1] 适用于已知对象传递函数的场 合,在闭合的控制系统里,将控制器置于纯比例作用下,从大到小 逐渐改变控制器的比例增益 P K ,得到等幅振荡的过渡过程.此时 的比例增益 P K 被称为临界增益 u K ,相邻两个波峰间的时间间隔 为临界振荡周期 u T . 用临界比例度法整定 PID 参数的步骤如下: 图1PID 控制系统原理框图 (1) 将控制器的积分时间常数 i T 置于最大 ( i T = ∞) ,微分 时间常数 d T 置零(

0 = d T ) ,比例系........