首頁>Club>
3
回覆列表
  • 1 # 新能源汽車控制

    PID控制器由比例調節、積分調節、微分調節三部分組成。比例調節根據偏差的大小調節輸出,積分調節根據偏差進行積分累計來調節輸出,微分調節根據偏差的微分來調節輸出。PI控制器的表示式為:u(t) = Kp*e(t) + Ki*∫e(t) dt+Kd*de(t)/dt

    對於一個控制系統,我們期望的響應結果是穩(系統穩定不震盪不發散)、快(系統響應快速)、準(系統靜態誤差小)。對PID控制器的調節結果評價也是如此。

    比例係數Kp:

    三個引數中的絕對主力,不可或缺。Kp增大可以加快系統響應,減小靜差,但系統超調量會加大,穩定性變差。比例控制是一種立即控制,只要有偏差,就立即輸出控制量。大部分系統只需要P控制即可實現基本的穩快準需求。

    積分系數Ki:

    三個引數中的一般主力,用於消除靜差、Ki減小可以降低超調量,使系統的穩定性增強。積分控制是一種修復控制,只要有偏差,就會逐漸去往消除偏差的方向去控制。

    微分系數Kd:

    三個引數中的預備人員,一般不用,在反饋量噪聲比較大時可能會使系統震盪。Kd增大可以加快系統響應,減小超調量,適用於遲滯系統或無阻尼系統。微分控制是一種提前控制,以偏差的變化率為基準進行控制。

    基本除錯方法:先比例(從中間到兩邊)、後積分(從0到大)、再微分(從0到大)。

    下面將以電機的轉速PID控制為例,進行模擬除錯,來具體理解這個除錯過程。

    PID控制器模型

    基於上面的公式,PID控制器Simulink模型可表示為下圖:

    直流電機模型

    我們需要一個被控物件模型,這裡選擇一個12V直流電機作為被控物件。直流電機的數學表示式為:

    U=I*R+Ke*φ*w+L*dI/dt

    Te=Kt*φ*I

    Te-TL=J*dw/dt+B*w

    基於上述表示式,直流電機的Simulink模型可表示為下圖所示:

    模擬除錯

    把以上的控制器模型和直流電機模型組合起來,一個透過PI控制器控制電機轉速的模擬模型可表示如下(目標轉速1000rpm):

    電機引數設定如下:

    準備工作完成,開始除錯。

    第一步:先比例,從中間到兩邊。

    其實可以先定量計算中間值取多少。

    把電機穩定控制在1000rpm(104.7rad/s)±50rpm所對應的電機扭矩:

    Te=W*B+TL=104.7*0.01+1=2.047 Nm

    電機電流:

    I=Te/Kt/φ=2.047/0.9529/0.1=21.482A

    電機電壓:

    U=I*R+Ke*φ*w=21.482*0.1+0.1*0.1*104.7=3.1952V

    比例係數Kp:

    Kp=U/e=3.1952/50=0.0639

    用Kp=0.0639,Ki=0,Kd=0,模擬結果如下圖,穩態偏差剛好50rpm左右,符合期望。

    以Kp=0.06為中間,向兩邊縮小或放大3倍左右觀察。所以我們分別給定Kp=0.02、0.06、0.2,看看模擬結果如下圖:kp為0.02時,雖然穩態誤差較大,但是超調量較小,響應速度不慢,綜合效果最好。kp太大時超調量偏大且響應速度也沒有明顯提高。所以Kp暫定為0.02左右(如果系統不太在意超調量大小,Kp取0.06也可,這個取決於你對控制系統的要求,即對穩、快、準的需求有優先順序)。

    第二步:後積分,從0到大。

    我們取Ki=0、0.006、0.02、0.06,模擬觀察。隨著Ki的增大,系統達到穩定時間越來越短,所以我們可以暫定Ki=0.06。

    第三步,再微分,從0到大。

    我們取Kd=0、0.0001、0.001、0.01,模擬觀察。隨著Kd的增大,系統穩定性先變好再變差,Kd為0.001時效果最好,所以我們定Kd=0.001。

    到這裡,三個引數都有了,分別是Kp=0.02,Ki=0.06,Kd=0.001,系統響應曲線如下圖,感覺還可以。

    但是,實際的反饋訊號往往有噪聲,微分控制有失穩的風險,所以用微分時一定要慎重。

    一般實際工程控制中,微分控制使用確實較少。假如我們不能加微分調節,還有沒有其他辦法能讓響應曲線更好呢?答案肯定是有的,先介紹其中一種。

    把目標轉速1000rpm進行一個低通濾波後,再給到PID控制器,選取Kp=0.005,Ki=0.015(引數除錯過程同上),模擬結果如下圖,響應雖不及PID控制快速,但是與PI控制器相比,超調量大大減小,穩定性有所提高。

    以上,就是個人對PI控制引數調節的部分經驗,下次可以接著繼續聊。

  • 2 # Talk工控白

    應用最為廣泛的調節器控制規律就是比例、積分、微分控制,即PID控制也可叫PID調節。其結構簡單、穩定性好、工業可靠、調整方便,則成為工業控制的香餑餑。

    PID控制原理

    在被控物件結構和引數不能完全掌握或得不到準確的一個數學模型,控制理論的其它技術又難適用,就需要經驗和現場除錯來確定,這時利用PID控制技術最好不過。利用比例、積分、微分來算出控制量而進行控制。

    比例控制

    比例控制是最簡單的控制方式,比例控制器的輸出與輸入誤差訊號成正比例關係。當只有比例控制,系統輸出有穩態誤差存在,穩態誤差也就是所說的餘差。

    積分控制

    在積分控制中,積分控制器的輸出與輸入誤差訊號的積分成正比例關係。假如一個自動控制系統,進入穩態後還存在餘差。引入積分控制,而積分項誤差取決於時間的積分。當時間增加,積分項誤差增加。即便誤差很小,積分項誤差隨時間的增加而增加,從而控制器輸出也增加,使餘差進一步減小,直至到零。因此,積分控制作用就是消除餘差。

    微分控制

    在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差訊號的微分成正比例關係。自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能出現振盪甚至失穩,主要是由於慣性元件或滯後元件的存在,因此引入微分控制的目的就是就是超前控制。

    比較常見的被控變數PID引數的經驗資料如下圖

  • 3 # 縷縷松

    PID是一種控制演算法,它的中文名稱是比例積分微分控制。

    這種控制的基本思路是根據偏差的大小運用比例、積分、微分計算出一個控制量,將這個控制量輸入被控制的系統,系統接收到該輸入量後會輸出一個相應的輸出量,PID控制器再檢測該輸出量,並再計算偏差,然後再迴圈以上過程,以下就是控制框圖。這裡P,I,D並不是都要加上去的,有時只用P或者只用PI。

    上面的描述對初學者可能比較不好理解,下面用一個例子在結合上面的控制框圖做一下說明,可能會對理解有幫助。

    這個例子的場景是: 你在用煤氣灶燒一壺水,但是讓人蛋疼的不是讓你把水燒開,而是要你把水加熱到50度,並一直保持在50度。這個場景中給你配了溫度計,你能看到水溫是多少度。你可以控制的只有煤氣灶的閥門開度,從而控制火的大小,並且每隔一定的時間——如一分鐘——調一次閥門開度。

    結合上面的控制框圖,把水溫控制在50度,即框圖中的設定值Set point value就是50度;透過溫度計測到的水溫就是被控系統的輸出,即圖中的y(t);Set point value-y(t)就是偏差e(t);你的大腦現在就是PID控制器;你調節的煤氣灶閥門開度就是被控系統的輸入量,即u(t);調節閥門開度的間隔為控制器的取樣時間;

    比例控制作用

    剛開始是你發現水溫接近0度,這時我想你會把閥門開到最大,以便快速的升溫,當水溫慢慢接近50度,閥門的開度也響應的慢慢關小,當水溫達到50度或以上時就把火關了。當火關了後水溫可能就很快又降下來,然後你又開啟煤氣灶,如此反覆操作,水溫在50度上下波動。如果操作的間隔過大,溫度的波動就哎,好累啊,這就是比例控制的作用。

    微分控制作用

    上面的控制法中,你發現雖然水溫可以控制在50度附近,但是溫度在50度上下波動。為了不讓溫度超過50度太多,即不要超調太多,你可能會考慮關注水溫的上升斜率,如果升溫上升的太快,你可能會相應的調小閥門開度,讓火稍小一點,這樣處理的結果可能是水溫超過50度不是很多,但相應的水溫上升時間變長了。這個就是微分控制的作用。

    積分控制作用

    有時有透過以上兩種控制後可能會出現水溫已經穩定了,但精度不是很高,比如穩定在49度或者52度。積分控制的作用是提高控制,積分控制的輸出與偏差的累積和有關,當水溫穩定為50後偏差為零時,積分控制的輸出是一個常數,而比例控制和微分控制的輸出為零。

    這些就是我對PID控制的理解

    口口木的筆記 2019-5-19

  • 4 # 雅帆電子

    PID三個字母是比例,積分,微分的英文首字母縮寫。可見這三個功能在系統中都起作用,只是負責的功能不同。

    別一看有微積分就嚇的不行,認為比較難,其實不是的,下面我就用大白話給你說一下吧,瞭解原理就行了,我感覺沒必要套用教課書上的模式,弄一大堆公式。我再給你畫幾張圖,很容易就明白的。

    一、比例調節P

    很實際一個例子,比如你跑向一個終點,當你離終點很遠時會全速跑,快接近終點時你會降速,基本上到達終點了,你也停下來了。那麼這個模型用圖畫出來就是這個樣子的。

    這裡的100米,10米就是誤差,誤差越大,你跑的就越快,如果用數學建模的話,就是誤差乘以一個係數,這個係數就是PID中的P(比例)。

    這個圖中的比例就是100,你看100m時,乘以100你就用10km/h去跑,10m時乘以100你就用1km/h去跑。

    二、積分調節I

    積分調節只有你在快接近目標時才起主要作用。比如說離目標還有1m時。積分是調節誤差的,並且是隨著時間是累計的(時間越大,這個誤差表現的越明顯,因為是誤差乘以時間),這個時候就要考慮傳送帶的因素了。比如現在是1米,你不向前走一步去補償就拿不到沙包,並且隨著時間的流失,你是會向後移動的。誤差會越來越大,1米,2米。。。。

    三、微分調節D

    微分就是調節變化的快慢。比如說這時候有個8級大風,哎呀你老慘了。

    注意我說的風是陣風,就是一陣有一陣沒的那種,以體現變化量。8級大的風對你的速度肯定有影響的。

    那麼這個時候你就會自動根據風的大小調節速度。風大你就多使點勁,風小你就少使點勁。這個使勁的多少就是微分系數。

  • 中秋節和大豐收的關聯?
  • 想做盒飯生意,該怎麼操作?