标题: PID理论详解 [打印本页]
作者: ABC_DEF    时间: 2018-7-25 22:24
标题: PID理论详解


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内容预览：（文本部分只是截取，没有图片与公式）

2一1几个基本概念
单回路：就是只有一个PID的调节系统。
串级：一个PID不够用怎么办？把两个PID串接起来，形成一个串级调节系统。又叫双回路调节系统。在第三章里而，咱们还会更详细的讲解串级调节系统。在此先不作过多介绍。
主调：串级系统中，要调节被调量的那个PID叫做主调。
副调：串级系统中，输出直接去指挥执行器动作的那个PID叫做副调。主调的输出进入副调作为副调的设定值。一般来说，主调为了调节被调量，副调为了消除干扰。
正作用：比方说一个水池有一个进水口和一个出水口，进水量固定不变，依靠调节出水口的水量调节水池水位。那么水位如果高了，就需要调节出水量增大，对于PID调节器来说，输出随着被调量增高而增高，降低而降低的作用，叫做正作用。
负作用：还是这个水池，我们把出水量固定不变，而依靠调节进水量来调节水池水位。那么如果水池水位增高，就需要关小进水量。对于PID调节器来说，输出随着被调量的增高而降低的作用叫做负作用。
动态偏差：在调节过程中，被调量和设定值之间的偏差随时改变，任意时刻两者之间的偏差叫做动态偏差。简称动差。
静态偏差：调解趋于稳定之后，被调量和设定值之间还存在的偏差叫做静态偏差。简称静差。
回调：调节器调节作用显现，使得被调量开始由上升变为下降，或者由下降变为上升。

阶跃：被观察的曲线呈垂直上升或者下降，这种情况在异常情况下是存在的，比如人为修改数值，或者短路开路。
2一2 p纯比例作用趋势图的特征分析
前面说过，所谓的p,就是比例作用，就是把调节器的输入偏差乘以一个系数，作为调节器的输出。温习一下：调节器的输入偏差就是被调量减去设定值的差值。
一般来说，设定值不会经常改变，那就是说：当设定值不变的时候，调节器的输出只与被调量的波动有关。那么我们可以基本上得出如下一个概念性公式：
输出波动：被调量波动*比例增益（注：当设定值不变）
注意，这只是一个概念性公式，而不是真正的计算公式。咱们弄个概念性公式的目的在于：像你我这样的聪明人，不屑于把精力用在考证那些繁琐的公式上而，我们关注什么呢？我们关注的是公式内部的深层含义。呵呵。我们就来努力挖掘它的深层含义。
通过櫃念性公式，我们可以得到如下结论，对于一个单回路调节系统，单纯的比例作用下：输出的波形与被调量的波形完全相似。
纯比例作用的曲线判断其实就这么一个标准。一句话简述：被调量变化多少，输出乘以比例系数的积就变化多少。或者说：被调量与输出的波形完全相似
为了让大家更深刻理解这个标准，咱们弄丿L个输出曲线和被调量曲线的推论： D对于正作用的调节系统，顶点、谷底均发生在同一时刻。
2）     对于负作用的调节系统，被调量的顶点就是输出的谷底，谷底就是输出的顶点。
3）     对于正作用的调节系统，被调量的曲线上升，输出曲线就上升；被调量曲线下降，输出曲线就下降。两者趋势完全一样。
的对于负作用的调节系统，被调量曲线和输出曲线相对。波动周期完全一致。
5）只要被调量变化，输出就变化：被调量不变化，不管静态偏差有多大，输出也不会变化。
上面5条推论很重要，请大家牢牢记住。记住不记住其实没有关系，只要你能把它溶化
在你的思想里也行。溶化了么？那我出几个思考题：
1)被调量回调的时候，输出必然回调么？
2）        被调量不动，设定值改变，输出怎么办？
3）        存在单纯的比例调节系统么？
的纯比例调节系统会消除静差么？
第一条回答：是。第二条回答：相当于被调量朝相反方向改变。你想啊，调节器的输出等于输入偏差乘以一个系数，设定值改变就相当于设定值不变被调量突变，对吧。第三条回答：是。在电脑出现之前，还没有DCS'也没有集中控制系统。为了节省空间和金钱，对于一些最简单的有自平衡能力的调节系统，比如水池水位，就用一个单纯的比例调节系统完成调节。第四条回答：否。单纯的比例调节系统可以让系统稳定，可是他没有办法消除静态偏差。那么怎么才能消除静态偏差呢？依靠积分调节作用。为了便于理解，咱们把趋势图画出来分析。
见图2：比例作用下的调节曲线。
图中，假设被调量偏高时，调门应关小，即PID为负作用。在定值有一阶跃扰动时，调节器输入偏差为一厶e。此时Tout也应有一阶跃量厶e

·（1 /5），然后被调量不变。经过一个滞后期 t2，被调量开始响应Tout,因为被调量增加，Tout也开始降低。一直到t4 时刻，被调量开始回复

时，Tout 才开始升高。两曲线虽然波动相反，但是图形
2一3 1纯积分作用趋势图的特征分析I就是积分作用。
一句话简述：如果调节器的输如偏差不等于零，就让调节器的输出按照一定的速度一直朝一个方向累加下去。
积分相当于一个斜率发生器。启动这个发生器的前提是调节器的输如偏差不等于零，斜率的大小与两个参数有关：输入偏差的大小、积分时间。在许多调节系统中，规定单纯的比例作用是不存在的。它必须要和比例作用配合在一起使用才有意义。我不知道是不是所有的系统都有这么一个规定，之所以说是个规定，是因为，从原理上讲，纯积分作用可以存在，但是很可能没有实用意义。这里不作过分的空想和假设。为了分析方便，咱们把积分作用剥离开来，对其作单纯的分析。那么单纯积分作用的特性总结如下：
1)输出的升降与被调量的升降无关，与输入偏差的正负有关。
2)输出的升降与被调量的大小无关。
3)输出的斜率与被调量的大小有关。的被调量不管怎么变化，输出始终不会出现节跃扰动。
5）被调量达到顶点的时候，输出的变化趋势不变，速率开始减缓。
6）        输出曲线达到顶点的时候，必然是输入偏差等于零的时候。
看到了么？纯积分作用的性质很特别。你能根据一个被调量波动波形，画出输出波形么？如果你能画正确，那说明你真正掌握了。好了，来点枯燥的看图题：
是以较高的速率开始升高。如图3：

积分作用下的调节曲线，因輸出的响应较比例作用不明显，故被调量开始变化的时刻t2，较比例作用缓慢。在tl到t2的时间内，因为被调量不变，即输入

偏差不变，所以输出以不变的速率上升，即呈线性上升。调节器的输出缓慢改变，导致被调量逐渐受到影响而改变。在 t2时刻，被调量开始变化时，输

入偏差逐渐减小，输出的速率丌始降低。到t3时刻，偏差为0时，输出不变，输出曲线为水平。然后偏差开始为正时，输出才开始降低。到t4时刻，被调

量达到顶点开如回复，但是因偏差仍旧为正，故输出继续降低只是速率开始减缓。直到 t5时刻，偏差为0时，输出才重新升高。
一般来说，积分作用容易被初学者重视，重视是对的，因为它可以消除静态偏差。可是重视过头了，就会形成积分干扰。先不说怎么判断，能认识图形是最重要的。




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