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電子發(fā)燒友網(wǎng)>電子資料下載>機械電子>PID調節(jié)的實質是什么?

PID調節(jié)的實質是什么?

2009-07-04 | rar | 233 | 次下載 | 10積分

資料介紹

PID調節(jié)的實質是什么?

經常看到有關PID調節(jié)問題書籍,看來看去看不懂他們再說什么。還有一些技術員一提起PID調節(jié),就搖頭,搞不懂呀!那么PID調節(jié)的實質是什么?通俗的概念是什么?我們通過圖1進行分析。

?
??? 一個自動控制系統(tǒng)要能很好地完成任務,首先必須工作穩(wěn)定,同時還必須滿足調節(jié)過程的質量指標要求。即:系統(tǒng)的響應快慢、穩(wěn)定性、最大偏差等。很明顯,自動控制系統(tǒng)總希望在穩(wěn)定工作狀態(tài)下,具有較高的控制質量,我們希望持續(xù)時間短、超調量小、擺動次數(shù)少。為了保證系統(tǒng)的精度,就要求系統(tǒng)有很高的放大系數(shù),然而放大系數(shù)一高,又會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定,甚至系統(tǒng)產生振蕩。反之,只考慮調節(jié)過程的穩(wěn)定性,又無法滿足精度要求。因此,調節(jié)過程中,系統(tǒng)穩(wěn)定性與精度之間產生了矛盾。
??? 如何解決這個矛盾,可以根據(jù)控制系統(tǒng)設計要求和實際情況,在控制系統(tǒng)中插入“校正網(wǎng)絡”,矛盾就可以得到較好解決。這種“校正網(wǎng)絡”,有很多方法完成,其中就有PID方法。
??? 簡單的講,PID“校正網(wǎng)絡”是由比例積分PI和比例微分PD"元件組"成的。為了說明問題,這里簡單介紹一下比例積分PI和比例微分PD。

微分:從電學原理我們知道,見圖2,當脈沖信號通過RC電路時,電容兩端電壓不能突變,電流超前電壓90°,輸入電壓通過電阻R向電容充電,電流在t1時刻瞬間達到最大值,電阻兩端電壓Usc此刻也達到最大值。隨著電容兩端電壓不斷升高,充電電流逐漸減小,電阻兩端電壓Usc也逐漸降低,最后為0,形成一個鋸齒波電壓。這種電路稱為微分電路,由于它對階躍輸入信號前沿“反應”激烈,其性質有加速作用。
積分: 我們再來看圖3,脈沖信號出現(xiàn)時,通過電阻R向電容充電,電容兩端電壓不能突變,電流在t1時刻瞬間達到最大值,電阻兩端電壓此刻也達到最大值。電容兩端電壓Usc隨著時間t不斷升高,充電電流逐漸減小,最后為0,電容兩端電壓Usc也達到最大值,形成一個對數(shù)曲線。這種電路稱為積分電路,由于它對階躍輸入信號前沿“反應”遲緩,其性質是“阻尼”緩沖作用。
?

插入校正網(wǎng)絡的情況: 現(xiàn)在我們首先討論自動控制系統(tǒng)引入比例積分PI的情況,見圖4。曲線PI(1)對階躍信號的響應特性曲線,當t=0時,PI的輸出電壓很小,(由比例系數(shù)決定)當t>0時,輸出電壓按積分特性線性上升,系統(tǒng)放大系數(shù)Ue線性增大。這就是說,當系統(tǒng)輸入端出現(xiàn)大的誤差時,控制輸出電壓不會立即變得很大,而是隨著時間的推移和系統(tǒng)誤差不斷地減小,PI的輸出電壓不斷增加,既,系統(tǒng)放大系數(shù)Ue不斷線性增大。我們稱這種特性為系統(tǒng)阻尼。決定阻尼系數(shù)因素是PI比例系數(shù)和積分時間常數(shù)。要不斷提高控制系統(tǒng)的質量,就要不斷改變PI比例系數(shù)和積分時間常數(shù)。

????????????????

我們再討論控制系統(tǒng)引入比例微分PD的情況,見圖4。曲線PD(2)對輸入信號的響應特性曲線,當t=0時,PD使系統(tǒng)放大系數(shù)Ue驟增。這就是說,當系統(tǒng)輸入端出現(xiàn)誤差時,控制輸出電壓會立即變大。我們稱這種特性為加速作用。可以看出,過強的微分信號會使控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。所以在使用中,必須認真調節(jié)PD比例系數(shù)和微分時間常數(shù)。為妥善解決系統(tǒng)穩(wěn)定性與精度之間的矛盾,往往將比例積分PI與比例微分PD組合使用,形成“校正網(wǎng)絡”,也稱PID調節(jié)。PID調節(jié)特性曲線PID(3)(圖4),是PI、PD特性曲線合成的。適當?shù)恼{節(jié)PI、PD上述各系數(shù),就能保證控制系統(tǒng)即快又穩(wěn)的工作。

結論:PID調節(jié)器實際是一個放大系數(shù)可自動調節(jié)的放大器,動態(tài)時,放大系數(shù)較低,是為了防止系統(tǒng)出現(xiàn)超調與振蕩。靜態(tài)時,放大系數(shù)較高,可以捕捉到小誤差信號,提高控制精度。

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