Control 版 (精华区)

发信人: balance (靖哥哥·凉风有信), 信区: Control
标  题: PID控制——简而优秀 
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年07月06日07:30:32 星期六), 站内信件

今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和
执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。
　　这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠
正系统。
　　PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然
是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条
件，因而成为应用最为广泛的控制器。
　　PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t)与
输出u (t)的关系为

　　因此它的传递函数为：

　　它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp， K
i和Kd）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元
，但比例控制单元是必不可少的。
　　首先，PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以
变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。
　　其次，PID参数较易整定。也就是，PID参数Kp，Ki和Kd可以根据过程的动态特性及
时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PI
D参数就可以重新整定。
　　第三，PID控制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子。
　　在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态，原因是很难让过程在“自动”模式
下平稳工作。由于这些不足，采用PID的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能
源浪费等问题的困扰。PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。现
在，自动整定或自身整定的PID控制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准
。
　　在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好，但它们仍存在一些问题
需要解决：
　　如果自整定要以模型为基础，为了PID参数的重新整定在线寻找和保持好过程模型是
较难的。闭环工作时，要求在过程中插入一个测试信号。这个方法会引起扰动，所以基
于模型的PID参数自整定在工业应用不是太好。
　　如果自整定是基于控制律的，经常难以把由负载干扰引起的影响和过程动态特性变
化引起的影响区分开来，因此受到干扰的影响控制器会产生超调，产生一个不必要的自
适应转换。另外，由于基于控制律的系统没有成熟的稳定性分析方法，参数整定可靠与
否存在很多问题。
　　因此，许多自身整定参数的PID控制器经常工作在自动整定模式而不是连续的自身整
定模式。自动整定通常是指根据开环状态确定的简单过程模型自动计算PID参数。
　　但仍不可否认PID也有其固有的缺点：
　　PID在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时，工作地不是太好
。最重要的是，如果PID控制器不能控制复杂过程，无论怎么调参数都没用。
　　虽然有这些缺点，PID控制器是最简单的有时却是最好的控制器。

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※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 天外飞仙]