PID調節器
關注創建者：匿名 創建時間：2021-07-22
PID調節器的實例教程
8、PID基本公式PID調節器參數整定過程通俗講就是先把系統調為純比例作用，逐步增強比例作用讓系統產生等幅振蕩，記錄下比例作用和振蕩周期，然后這個比例作用乘以0.6，積分作用適當延長
KP= 0.6*Km
KD= KP*π/4ω 或 KD= KP*tu/8
KI= KP*ω/π 或 KI= 2KP/tu
KP：比例控制參數；
KD：積分控制參數；
KI：微分控制參數；
Km：系統開始振蕩時的比例值，通常稱為臨界比例值；
ω：等幅振蕩時的頻率，tu為振蕩周期。這里 tuω =2π，而不是tuω=1，學過傅里葉和拉氏變換的同學應該明白這是為什么，這里不做深入探討。
9、單回路：單回路就是只有一個PID的調節系統。
10、串級：一個PID不夠用，串級就是把兩個PID串接起來形成一個串級調節系統，也被成為雙回路調節系統。串級調節系統里PID調節器有主調和副調之分。
在串級調節系統中要調節被調量的PID叫做主調，輸出直接去指揮執行器動作的PID叫做副調，主調的控制輸出進入副調作為副調的設定值。主調選用單回路PID調節器，副調選用外給定調節器。
11、正作用
對于PID調節器而言，控制輸出隨被調量增高而增高，隨被調量減少而減少的作用，叫做PID正作用。
12、負作用
對于PID調節器而言，控制輸出隨被調量增高而降低，隨被調量減少而增高的作用，叫做PID負作用。
13、動態偏差
在調節過程中，被調量和設定值之間的偏差隨時改變，任意時刻兩者之間的偏差叫做動態偏差。
展開 我們可以先讓調節器的參數積分系數為0，同時實際的微分系數為0，控制系統投入閉環的運行，由小到大改變比例系數I，讓擾動的信號作階躍的變化，即給定值為階躍信號。再觀察控制過程，直到獲得滿意的控制過程為止。再取比例系數為當前的數值乘以0.8左右，由小到大增加積分系數，同樣讓擾動的信號作階躍的辯護啊，直至求得滿意的控制過程。積分系數保持不變，改變比例系數，觀察控制過程中控制的效果有無改善，如果有改善則繼續按照原有的節奏調整，直到調試的結果滿意為止。否則，將原比例系數增大一些，再行調整積分系數，力求改善控制過程。如此反復的嘗試多次，直到找到令人滿意的比例系數和積分系數為止。引入適當的實際微分系數和實際微分時間，此時可以適當的增大比例系數和積分系數。和前述的各個步驟相同，微分時間的整定也是需要反復調整的，知道控制過程滿意為止。在參數的調整過程中仿真系統所采用的PID調節器與傳統的工業PID調節是有所不同的，各個參數之間相互隔離，互不影響，因而用其觀察調節規律十分方便。
在進行參數的調節是可以使用一種更加簡潔的方法，即把積分值調節的非常大，比較在幾千以上，使得積分基本不起什么作用，而把微分值設定為0。調節比例參數，使得出現的超調量比較小，如果沒有超調量，則適當的加大比例參數。再慢慢的減少積分值，使得系統靜差能比較快的減小，并且不會出現周期性震蕩，如果出現周期性的震蕩，則增大積分值。使用比例參數自適應功能有增加系統的快速響應及減少系統震蕩。微分值約為積分值的0.1-0.2之間，如果系統擾動比較大則應該吧微分的參數設定的小一些。
按照以上所述的PID參數調節的方法，經過多次的嘗試之后可以確定此次設計仿真所設定的PID控制器的內部參數比例參數為0.13，積分系數為0，微分系數為13.3。完成PID控制器的參數設計后即完成了整個程序流程圖的搭建。
展開 03
神經網絡PID控制算法的PID控制
神經網絡控制采用數理模型的方法模擬生物神經細胞結構，用簡單處理單元連接形成各種復雜網絡，并采用誤差反向傳播算法(BP)。
04
Fuzzy-PID控制算法的PID控制
模糊控制不需知道被控對象的精確模型，易于控制不確定對象和非線性對象。PID本質是線性控制。將模糊控制與PID結合多，以Fuzzy-PID混合控制為例，據給定值與測量值之偏差e選擇智能控制器，根據e的變化選擇控制方法，當|e|≤emin或|e|≥emax時，采用PID控制；當emin≤|e|≤emax時，采用Fuzzy控制。
05
神經網絡PID控制算法的PID控制
在PID控制的基礎上，加入神經網絡控制器，構成神經網絡PID溫控器。
神經網絡溫控器NNC是前饋控制器，通過對PID溫控器的輸出進行學習，在線調整自己，目標是使反饋誤差e(t) 或u(t)趨近于零，使自己逐漸在控制中占據主導地位，以減弱或最終消除反饋控制器的作用。
06
模糊神經網絡PID控制算法的PID控制
將模糊邏輯與神經網絡結合，采用神經網絡模糊邏輯推理網絡模型和快速的自學習算法，通過網絡的離線訓練和在線自學習使調節器具有自調整、自學習和自適應能力，達到模糊智能控制。
07
遺傳PID控制算法的PID控制
遺傳PID控制是將調節器參數構成基因型，將性能指標構成相應的適應度，利用遺傳算法來整定調節器的最佳參數，不要求系統是否為連續可調，能否以顯式表示。
展開 而隨著變頻器技術的不斷發展，功能的不斷完善，簡單的恒壓供水系統不再依賴PLC或單片機控制系統。而僅僅依靠變頻器的內置功能即可實現這一控制任務。利用變頻器你的PID閉環控制功能，配以壓力傳感器作為反饋裝置，即實現對電機速度控制。從而實現供水壓力的恒定。
本案例我們選用某品牌AMB100系列變頻器，該系列是適應多種工況的高品質、低噪聲、多功能通用變頻器調速器。內置PID調節器，閉環控制系統結構簡單。壓力表本案例選用YTZ-150電位器式的遠程壓力表，安裝在水泵的出水管上，該壓力表適用于的工作環境場所，即可直接觀測出壓力值，又可以輸出相應的電信號，輸出的電壓信號（0-10V）傳至遠端的變頻器！
壓力表有紅、黃、藍三根引線，一般紅線接變頻器+10V、黃色線接變頻器AI1、藍色線接GND。壓力表的電氣技術參數：
?電阻滿量程：400Ω（藍、紅）
?零壓力起始電阻值：≤20Ω（黃、紅）
?滿量程壓力上限電阻值：≤360Ω（黃、紅）
?接線端外加電壓：≤（藍、紅）
變頻器恒壓供水模型
PID控制原理及相關參數的設置：
1、比例P增益：調節量按誤差比例輸出，純比例控制時，誤差不會為零。
2、積分I控制：調節量按誤差的積分輸出，誤差為零時，輸出恒定。
3、微分D控制，調節量按誤差的微分輸出，誤差突變時，能及時控制。
PID控制：組合三者優勢，獲得最佳的控制性能。
展開 比例作用順口溜
比例州節器，像個放大器；
一個偏差來，放大送出去；
放大是多少，旋鈕看仔細；
比例度旋大，放大倍數低。
積分作用順口溜
重定調節器，累積有本領；
只要偏差在，累積不停止；
累積快與慢，旋鈕看仔細；
積分時間長，累積速度低。
微分作用順口溜
說起微分器，一點不神秘；
階躍輸入來，輸出跳上去；
下降快與慢，旋鈕看仔細；
微分時間長，下降就慢些。
關于重定調節器的說明：重定就是重新給定的意思，因為控制器中積分作用就是完成重定工作的。以前把比例積分控制器叫做重定調節器。
展開 
PID調節器的最新內容
PLC在接收、識別用戶的設定值后，利用PID調節器和D/A模塊，將控制指令發送給前端的執行機構（數控機床），然后完成原材料的加工[2]。在加工期間，利用測量裝置收集元件加工過程中的物理量，如電流、電壓、溫度、速度等。并將其作為反饋，使PLC不斷優化控制，最終高效率、高精度地完成閥門產品的加工。
比例-積分-微分（PID）調節器被證明非常適合在跟蹤水平平面軌跡時的AUV中使用。使用這種方法可以成功執行第一次自主航行。盡管如此，PID控制器還是需在沒有大干擾的情況下控制AUV。線性二次（LQ）控制器呈現了平均穩定結果。反步方法被證明能夠在高環境噪聲條件下控制歐拉橫滾、俯仰和偏航（RPY）角。滑動模式控制器（SMC）在單獨應用時沒有給出良好的結果，因為它似乎缺乏對AUV動力學的適應。
控制器調節孔徑，使得流量接近目標值0.014lb/s。
但其固定的控制參數對復雜路面和工況的適應性不高，所以設計了能夠在線調節參數的PID控制器，能夠改善控制效果。
由于EHB系統具有較強的非線性特性，采用模糊PID控制算法實現了EHB系統的輪缸液壓力控制，與傳統PID控制算法相比，模糊PID控制算法能夠準確地實現輪缸液壓力控制，但是建立壓力的快速性不如傳統PID控制算法。因此采用分段模糊PI控制算法對輪缸液壓力進行控制。
串級調節系統里PID調節器有主調和副調之分。
在串級調節系統中要調節被調量的PID叫做主調，輸出直接去指揮執行器動作的PID叫做副調，主調的控制輸出進入副調作為副調的設定值。主調選用單回路PID調節器，副調選用外給定調節器。
11、正作用
對于PID調節器而言，控制輸出隨被調量增高而增高，隨被調量減少而減少的作用，叫做PID正作用。
智能式輸入／輸出模塊有高速計數器（可作加法計數或減法計數）、凸輪模擬器（用作絕對編碼輸入）、帶速度補償的凸輪模擬器、單回路或多回路的PID調節器、ASCII／BASIC處理器、RS—232C／422接口模塊等。表3歸納了選擇I/O模塊的一般規則。
控制理論發展起來后，還對直流電機使用了串級系統來調速，也就是速度環在外邊，速度偏差作為電流環的給定，電流環做為內環，兩個環都使用PID調節器來完成控制，響應快，精度高，扭力大，調速范圍寬。
為了避免這一擾動，在PID調節器和DCS中可使用微分先行PID運算規律，即只對測量值PV進行微分，當人工改變控制器的給定值SP時，不會造成控制器輸出的突變，避免了改變SP的瞬間給控制系統帶來的擾動。如TDC-3000，則在常規PID算法中增加一個軟開關，組態時供用戶選擇控制器對偏差、還是測量值進行微分。
為了減小系統的響應時間，我們可以對PID調節器的比例參數進行調節，但是事實證明，在調節比例參數的過程中又會造成系統的超調量過大，系統很難再第一時間達到穩定的狀態。同時在對PID控制器內部的三個參數的設定也是一個極為復雜且繁瑣的過程，在整個調試的過程中要通過多次的嘗試。其只有一個傳統的經驗性的確定方法，無法得到一個合理的數學化的公式以便于用戶的設計。
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70年歷史，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的主要技術之一。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，控制理論的其它技術難以采用時，系統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。
