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《PID控制原理》课件

《PID控制原理》课件

智能PID控制器
随着人工智能技术的发展，将人工智能算法与PID控制器相结合，形成智能PID控制器，可以自动调整PID控制器的参数，提高控制效果。
自适应PID控制器
自适应PID控制器可以根据系统参数的变化自动调整PID控制器的参数，提高系统的适应性和鲁棒性。
多变量PID控制器
多变量PID控制器可以同时控制多个变量，提高系统的控制精度和效率。
02
CHAPTER
PID控制器的参数整定
PID控制器参数对系统性能的影响
PID控制器的参数直接决定了系统的响应速度、超调量、调节时间和稳定性等性能指标，因此合理整定PID控制器参数对控制系统至关重要。
PID控制器参数与系统动态特性的关系
PID控制器参数的选择与系统的动态特性密切相关，不同的系统需要不同的PID参数配置，以实现最佳的控制效果。
根据系统特性选择合适的PID控制器参数
不同类型的系统具有不同的动态特性，需要根据系统的具体情况选择合适的PID参数。例如，对于快速响应系统，应选择较大的比例增益和较小的积分时间常数；对于慢速响应系统，应选择较小的比例增益和较大的积分时间常数。
逐步调整PID控制器参数
在调整PID控制器参数时，应遵循逐步调整的原则，先调整比例增益，再调整积分时间常数和微分时间常数。每次调整后都需要观察系统的响应特性，根据实际情况进行调整。
微分环节
比例环节
根据误差信号的大小，成比例地调整输出信号。当误差较大时，输出信号也相应增大，以迅速减小误差；当误差较小时，输出信号逐渐减小，以避免超调。
积分环节
对误差信号进行积分运算。积分环节的作用是消除静差，提高系统的控制精度。通过积分运算，可以逐渐减小误差，直到误差为零。
微分环节

PID1控制PPT(精华)

PID1控制PPT(精华)

五、比例微分控制算法
1.比例微分控制算法 2.使用注意事项
六、比例积分微分控制算法 1.比例积分微分控制算法 2.PID控制作用对过渡过程的影响
第六节 控制器的数字控制算法
一、模拟控制算法的数字化
1.位置算法 2.增量算法 3.速度算法
二、数字控制算法的改进
1.数字控制算法的特点 2.数字控制算法的改进 ★对积分控制算法的改进 ★对微分控制算法的改进 3.实现数字控制算法时应注意的问题
设定值
PC
PT
θ
(b) 压力控制系统 设定值 FC FT
(a)
温度控制系统
设定值 LT LC
(c) 液位控制系统
(d)流量控制系统
图1-1 简单控制系统示例
返回
第一节 控制系统组成 一、控制系统的组成
控制系统的框图 控制系统由被控对象、检测变送、控制器和执行器等组成
传递函数
随动控制系统（Fixed set point control system）传递函数：
一、控制系统的组成 温度控制系统示例 当系统受到外界扰动的影响时 为使被控变量（温度）与设定值保持 一致检测被控变量，并与设定值比较 得到偏差按一定控制规律对偏差运算 输出信号驱动操纵变量（流量） 最终使被控变量回复到设定值 变送器检测温度 控制器对偏差运算 执行器改变操纵变量
返回
设定值 蒸汽 TC TT
扰动通道时滞的影响：

时滞τf的存在不影响系统闭环极点的分布， 因此，不影响系统稳定性。它仅表示扰动 进入系统的时间先后，即不影响控制系统 控制品质。
被控变量和操纵变量的选择







深入了解工艺过程，选择能够反映工艺过程的被控 变量； 尽量选用易于测量且关系简单的直接质量指标作为 被控变量； 操纵变量的选择原则： 选择对被控变量影响较大的操纵变量，即Ko尽量大； 选择对被控变量有较快响应的操纵变量，即过程的 τo/To应尽量小； 过程的To/Tf 应尽量小； 使过程的KfF尽量小； 工艺的合理性与动态响应的快速性应有机结合。

PID算法

PID算法
NEVER STOP
IMPROVING
第三章 P,I,D各参数作用
伺服系统 | 变频器 | PLC | 机器视觉 | 工业互联网 | 新能源
积分环节：
积分为过去所有时间内误差的累计值，积分作用的根本目的是将累计值清零。 积分作用： S1+S2+S3+S4≈0 在大惯性系统中，其S1时间会很长， 所以积分的累计值会非常高，所以 积分超调是大惯性系统的一个大问 题。
过渡页
TRANSITION PAGE
第三章
开环模型+PID模式
第三章 P,I,D各参数作用
伺服系统 | 变频器 | PLC | 机器视觉 | 工业互联网 | 新能源
一、比例环节 即时成比例的反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作 用，以减少偏差。通常随着值的加大，闭环系统的超调量加大，系统响应速度加快，但是当增 加到一定程度，系统会变得不稳定。 二、积分环节 主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分常数，越大， 积分作用越弱，反之越强。通常在不变的情况下，越大，即积分作用越弱，闭环系统的超调量 越小，系统的响应速度变慢。 3、微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度， 减小调整时间，从而改善系统的动态性能。
此处修改PID积分作用强度。
NEVER STOP
IMPROVING
第二章 PID被控系统类型
伺服系统 | 变频器 | PLC | 机器视觉 | 工业互联网 | 新能源
小惯性系统（张力控制）
小惯性系统的过阻尼过程。(PID强度较 弱)
小惯性系统的过阻尼过程。(PID强度较 强)
NEVER STOP
IMPROVING

PID算法PPT课件

PID算法PPT课件

.
25
扩充临界比例度法数字PID控制器 的参数计算表
.
26
扩充临界比例度法适合用于具有自平衡特性的 系统中！
当设计的稳定时间和稳定范围有具体要求时， 单纯的拟合逼近无法适应动态环境的要求，而 PID控制又难以调整全局，这时通常会将PID 算法的比例、积分和微分融入分段拟合中，不的水引入备用的水箱 水从凿的洞中流出的时间——微分时间
de(t) K pTD dt
.
6
将偏差的比例（Proportion）、积分（Integral） 和微分（Differential）通过线性组合构成控制 量，用该控制量对被控对象进行控制，称为 PID算法
.
7
模拟PID的控制
给定速度（n0(t))与实际转速(n(t))进行比较， 其差值(e(t))经过PID控制器调整后输出电压控 制信号，经过功率放大后，驱动直流电动机改 变其转速。
此被称为全量式或位置式PID控制. 算法
17
位置式PID的缺陷
每次输出均和过去的ek相关，计算时需要累加， 工作量大，耗RAM
.
18
增量式PID控制算法
数字控制器的输出只是控制量的增量Δuk。当 执行机构需要的控制量是增量，而不是位置量 的绝对数值时，可以使用增量式PID对其进行 控制（如驱动步进电机）
积分，用一阶后向差分近似代替微分，可 作如下近似变换
.
15
t kT(k 0,1, 2,3)
t
e(t)dt T
k
e( j) T
k
e( j)
0
j 0
j 0
de(t)
e(kT
)
e((k
1)T
)
e(k)
e(k

PID调节原理参考PPT课件

PID调节原理参考PPT课件

•
输
出
：偏
u(t )
差
的K P比(e例(t()P)、T1I积0分t e((It))和dt微分TD(
Dd)e的(t
dt
线) )
性
组
合
(4.2)
式中 KP —— 比例系数
TI —— 积分时间常数
TD —— 微分时间常数
6
PID控制的优点
①原理简单，使用方便； ②适应性强； ③鲁棒性强；
控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。 ④对模型依赖少。
32
• 如加热炉温度自动调节,当温度低于给定值时,则煤气阀门应开 大,这是比例调节作用,但同时发现,温度 取措施,即提前动作,把煤气阀门的开度开得更大一些,这叫超 前作用。
33
微分调节的特点
• P和I是根据已经形成的被调参数与给定值之偏差而动作(即偏差 的方向和大小进行调节)。
15
4.2.3 比例带对于调节过程的影响
a)δ大
• 调节阀的动作幅度小，变化平稳，甚至无 超调，但余差大，调节时间也很长
b)δ减小
• 调节阀动作幅度加大，被调量来回波动， 余差减小
c)δ进一步减小
• 被调量振荡加剧
d)δ为临界值
• 系统处于临界稳定状态
e)δ小于临界值
• 系统不稳定，振荡发散
图4.4 δ对比例调节过程的影响 16
50℃才能使调节阀从全关到全开。 • 当被调量处在“比例带”
• 以内调节阀的开度(变化)才与偏差成比例。
• 超出这个“比例带”以外
• 调节阀已处于全关或全开的状态，调节器的输入与输出已不再保持比例关系。
11
• 如果采用单元组合仪表，调节器的输入和输出都是统一的标准信

通俗易懂的PID控制算法讲解

通俗易懂的PID控制算法讲解

最优控制旨在寻找一种最优的控制策 略，使得系统性能达到最优。与PID 控制相比，最优控制具有更高的性能 指标和更好的全局优化能力。然而， 最优控制的实现需要精确的数学模型 和大量的计算资源，且对系统参数变 化较为敏感。
05
PID控制算法的应用实例
工业自动化领域的应用
要点一
温度控制
在工业生产过程中，PID控制算法被 广泛应用于温度控制系统中，如熔炼 炉、热处理炉等设备的温度控制。通 过实时采集温度数据，与设定值进行 比较，PID控制器能够自动调节加热 元件的功率，使温度稳定在设定值附 近。
该传递函数描述了PID控制器在频域中的特性，可用于分析系统的稳定性、动态性能和 稳态精度等。
通过调整Kp、Ki和Kd三个参数，可以实现对系统性能的优化。在实际应用中，常采用 试凑法、经验法或优化算法等方法来确定PID参数。
03
PID控制算法的参数整定
参数整定的意义
提高系统性能
通过调整PID控制器的参数，可以优化系统 的动态响应和稳态精度，从而提高系统的整 体性能。
适应不同应用场景
不同的被控对象和不同的应用场景需要不同的PID 参数配置，参数整定可以使PID控制器适应各种应 用场景。
保证系统稳定性
合理的参数配置可以保证系统的稳定性，避 免系统出现振荡或失控等不稳定现象。
参数整定的方法
试凑法
根据经验或实验数据，逐步调整 PID控制器的参数，观察系统的响 应情况，直到满足性能指标要求 。
PID控制算法由比例（P）、积分（I） 和微分（D）三个部分组成，每个部 分都有不同的作用，通过调整三个部 分的参数可以实现对系统的精确控制 。
PID控制算法的应用领域
01
02
03

关于PID控制-29页文档资料

为了避免步骤改变或由于对设定值求导而带来的输出变化，对此公式进 行 而不修计改算，偏假差定的设改定变值，为计常算量公(SP式n=可S以Pn改-1)，进因为此：将计算过程变量的改变，
其中： MDn 为 采用时刻n的输出微分项的值 Kc 为回路的增益 Ts 为采样的时间间隔 Td 为微分时间 SPn 为采样时刻n的设定值 SPn-1 为采样时刻n-1的设定值 PVn 为采样时刻n的过程变量值 PVn-1 为采样时刻n-1的过程变量值
其它几个常量也是积分项的一部分，如增益、采样时刻 (PID循环重新计 算输出数值的循环时间)、以及积分时间(用于控制积分项对输出计算影 响的时间)。
Date: File:
2019/12/26 SSP2_03C.6
制作：吴祖福
• 微分项 微分项MD与偏差的改变成比例，方便计算取 。 计算微分项的公式为：
制作：吴祖福
FB1续
Date: File:
制作：吴祖福
• 计算回路输出值 CPU实际使用对上述简化公式略微修改的格式。修改后的公式为：
其中: Mn
MPn
MIn
MDn • 比例项
为采样时刻n的回路输出计算值 为采样时刻n的回路输出比例项 为采样时刻n的回路输出积分项 为采样时刻n的回路输出微分项
比Kp例= K项c 。MPC是PUP采ID用回的路计的算比比例例系项数的(K公p)式及为偏：差(e)的乘积，为了方便计算取
1 闭环PID控制
关于PID控制
PID控制器管理输出数值，以便将偏差(e)为零，使系统达到稳定状态。 偏差是给定值（SP）和过程变量（PV）的差。
Date: File:
2019/12/26 SSP2_03C.1
制作：吴祖福
2 PID算法

《PID控制算法》课件

PID控制算法基于三个控制器的组合：比例控制器（P），积分控制器（I）， 以及微分控制器（D）。这种组合可以有效减小偏差、消除震荡。
P、I、D控制器的作用及特点
比例控制器（P）根据当前偏差与设定值的比例调整输出；积分控制器（I）根 据偏差的历史累积值调整输出；微分控制器（D）根据偏差变化的速度调整输 出。
使用PID控制算法，精确控制 机器人臂的运动，实现复杂 组装任务。
温度控制系统
应用PID控制算法，调节加热 器的功率，使系统保持恒定 的温度。
无人机稳定
利用PID控制算法，实现无人 机的稳定飞行，提高飞行控 制的响应性。
总结与展望
PID控制算法是一种重要的控制方法，具有广
《PID控制算法》PPT课件
PID控制算法是一种常用的控制方法，用于调节系统的输出。本课件将介绍PID 控制算法的原理、作用及特点，以及应用领域和优化方法。
PID控制算法简介
PID控制算法是一种反馈控制方法，通过比较实际输出与期望输出的差异，调 整控制器输出，最终使系统达到稳定状态。
PID控制算法的原理
PID控制算法的应用领域
PID控制算法广泛应用于工业自动化、电子设备、汽车控制系统、机器人等领 域。它具有简单可靠、适用性强的特点。
优化PID控制算法的方法
为了提高PID控制算法的性能，可以采用参数整定、自适应PID控制、鲁棒PID控制等方法，根据实 际需求进行优化。
PID控制算法实例分析
机器人臂控制

PID讲解理论ppt课件


个小电机带一台水泵进行压力闭环控制，一般只用PI控制。P=1-10，
I=0.1-1，D=0，这些要在现场调试时进行修正的。
6
图1 过程过渡质量指示图
上图是过程过渡质量指示图，也是干扰作用影响下的过渡过程， 用过渡过程衡量系统质量时，常用的指标有：
衰减比：前后两个峰值的比，如图1中的B：B’
余差： 就是过渡过程终了时的残余偏差，如图1中的C
微分（D）调节作用：微分作用反映系统偏差信号的 变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产 生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调 节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时 间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。此外， 微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输 出为零。微分作用不能单独使用。
I是解决动作响应的速度快慢的，可消除系统稳态误差，I变大时 响应速度变慢，反之则快；
D是消除静态误差的，提高系统动态特性，（减少超调量和反应
时பைடு நூலகம்），一般D设置都比较小，而且对系统影响比较小。
3
PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经 验数据以下可参照：
温度TIC：P=20~60%，I=180~600s，D=3-180s； 压力PIC： P=30~70%，I=24~180s； 液位LIC： P=20~80%，I=60~300s； 流量FIC： P=40~100%，I=6~60s。
经验法简单可靠，但需要有一定现场运行经验，整 定时易带有主观片面性。当采用PID调节器时，有多个整 定参数，反复试凑的次数增多，不易得到最佳整定参数。
5
下面以PID调节器为例，具体说明经验法的整定步骤：
A. 让调节器参数积分系数I=0，实际微分系数D=0，控制系统投入

数字PID及其算法讲解ppt课件


二、PI调节器：
控制规律：
u(t)
k
p
e(t )
1 Ti
t
0
e(t
)dt
分析：1. 只要e(t)不为0就有控制作用，可
消除静差；
2. 其大小取决于Ti 。 缺陷：降低了响应速度。
三、PID调节器：
控制规律：
u (t )
k
p
e(t )
1 Ti
t
0 e(t)dt Td
de(t)
dt
分析：只要e(t)发生变化就产生控制作用，可以
微型计算机控制技术
§3.1 引言 典型的微机控制系统原理图
- 计算机
D/A
被控对象
A/D
一、从两个角度分析
1. A / D、计算机、D / A作为整体；与被控对象组成系统。 输入输出均为模拟量；看作连续变化 的模拟系统；用拉氏 变换分析；等效结构图如图a。 2. D / A、被控对象、A / D作为整体；与计算机组成系统。 输入输出均为数字量；看作离散系统；用z变换分析；等 效结构图如图b。
加快系统响应速度，缩短调节时间，减小
超调量。
各类模拟PID调节器对偏 差的阶跃变化的时间响应
e(t)
1
0 t0
t
u(t)
kp
P
u(t)
kp
I
P
u(t) D
kp
I
P
0 t0
t
微型计算机控制技术
§3.3.1 模拟PID调节器
总结：
对于模拟PID调节器， 在阶跃信号作用下，首先是 P、D作用，使控制作用加 强，然后再进行积分，直到 消除静差。模拟PID调节器 无论从静态、动态分析，其 控制品质都可以保证。
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16.04.2020
第一章 基本PID算法
1.1 PID控制器参数与控制品质之间关系
外扰 x
内扰 x1
Wx
W0 (s)
+ +
y
-
16.04.2020
（1）影响输出y的因素：
<i> 扰动； <ii> 调节作用；
品质：<i> 最大动态偏差 y m ；
<ii> 系统稳定性，振荡的程度 ； y
16.04.2020
第0章 序论
▪ 美国数学家维纳在40年代创立控制论。 ▪ 自动控制理论：经典控制理论->现代控制理论。 ▪ 经典控制理论：主要解决单变量系统的反馈控制问
题，以频率法、权轨迹法和微分方程法为代表。解 决了线性定常系统的问题。 ▪ 现代控制理论：解决多变量系统的优化控制问题， 以变分法、最大值原理和动态规划方法为代表，李 亚普诺夫稳定性分析、二次型最优系统等时域方法， 由于它们在国防和工业等领域获得成功的应用展。 解决非线性或时变系统的问题。
课后作业1.2 ： PID控制。改变Kp、Ti、TD的大小，对稳定性、稳态误差、过 渡过程的影响怎样？受控对象分别采用二阶有自平衡和无自平 衡。
PIDSimu.mdl演示
16.04.2020
1.2 PID控制器的编程实现
WPID Kp(1T1isTds)
t
kT T
u(t)K pe(t)K T ip 0 te(t)dtKpTdde d(tt)
离散化： e(t)e(kt)@ e(k)
t
k
e(t)dt T e( j)
0
j0
16.04.2020
de(t)e(k)e(k1)
各个基本调节作用的目的是什么？
K P ----比例系数（0.5~2.0）； T i ----积分时间（单位：s或min）；<i> 锅炉：50~200s；
<ii> 汽机：15~50s；
T d ----微分时间
----比例带（单位：%）（50~300）
16.04.2020
（3）分析：
不是最大 动态偏差
参考教材
▪ 1.工业过程高级控制（为主）
邵惠鹤 编著（第2版）上海交大出版社
▪ 2.高等过程控制
王桂增 等编著 清华大学出版社
▪ 3.过程控制
金以慧 主编 清华大学出版社
16.04.2020
上课内容
▪ 第一章 基本PID算法 ▪ 第二章 非线性控制 ▪ 第三章 几种常见线性模型 ▪ 第四章 多变量系统的关联分析与解偶控制 ▪ 第五章 状态反馈控制系统的设计 ▪ 第六章 大纯滞后和逆向响应过程的控制 ▪ 第七章 自适应控制系统 ▪ 第八章 预测控制
16.04.2020
第0章 序论
▪ 现代工业控制软件： 以多变量预测控制为主，采用神经、模糊、
遗传算法，实现多变量非线性控制，数据软 测量，故障诊断等。
16.04.2020
第一章 基本PID算法
▪ 1.1 PID控制器参数与控制品质之间关系 ▪ 1.2 PID控制器的编程实现 ▪ 1.3 各种PID的改进算法 ▪ 1.4 工程PID
<i> KP 或
调节作用
总体动态偏差 ym
系统稳定性变差,稳态误差变小.
<ii> Ti
积分作用
调节动作速度
<iii>Td
系统稳定性变好,稳态误差变大。
微分作用
加强扰动作用起始 时刻的调节作用
系统稳定性变好.(???)
总体动态偏差 ym
总体动态偏差
16.04.2020
▪ 给定值变化
Kc大 Kc小
Kc小
16.04.2020
第0章 序论
▪ 智能控制理论：当前控制理论的研究热点之一。
在解决高维性，系统信息的模糊性、不确定性、 偶然性和不完全性上独占优势。
▪ 包括：
基于知识的专家系统 模糊控制 人工神经网络控制 学习控制 基于信息论的智能控制。
虽然智能控制理论只有十几年的历史，尚未形成比较 完整的体系，但其已有的应用成果和理论发展正成为 自动控制的前沿学科之一。
▪ 扰动变化 Kc大
P_hlevel4.mdl演示
16.04.2020
课后作业1.1 ： 在外部扰动作用下，Kp的大 小，对稳定性、稳态误差、
过渡过程的影响怎样？受控 对象分别采用二阶有自平衡 和无自平衡。
y
y
y
大
Ti 小
小
T i大
t
t
Td 小
Td大
t
▪ 积分作用：
uI e(t)dt
y
A
B
t
16.04.2020
ym
t
16.04.2020
（2） 基本调节作用P、I、D，相应调节器：P、PI、D、PD、PID
PID参数与品质因素之间的关系：
u(t)K p { e(t)T 1 i 0 te(t)d tT dd e d (tt)}
W P ID (s)K P (1 T 1 is T ds) 1 0 0(1 T 1 is T ds)
提问：微分越大越 好？？
3。敏感性。Td太大，对de(t)太敏感。导致动态过 程执行机构动作频繁，造成系统长时间稳定不下来。 4。实际系统谨慎加。保证稳定的动作次数。
y
加D
16.04.2020
不加D t
•一般情况下，对快速过程不必加微 分环节，而对慢过程需要加入微分环 节,改善动态；
•当执行器动作次数在2~6次/min时， 微分系数比较合理。
16.04.2020
第一章 基本PID算法
▪ 比例＋积分＋微分控制－》简称PID控制。 ▪ PID控制：在工业过程中历史最久、生命力最强、应用最广
的基本控制算法。 ▪ 优点：原理简单，使用方便，鲁棒性强。也就是说，控制品
质对过程特性的变化灵敏度比较低，调节器参数调整比较容 易；具有无余差功能，精度较高，适应性广，可用于各类工 业过程的控制，已商品化。计算机过程控制的基本控制算法 也仍然是PID控制。 ▪ 据估计工业控制中PID占90％以上。 ▪ PID控制是一种反馈控制。反馈控制回路的方块图如图所示。 其中广义过程特性W0(s)由执行器、过程和传感、测量装置 三部分所组成。
1。积分不利于稳定性。动态过程，长期 偏差存在，Ui输出太大，超调严重。
2。不合理。A点，UI减小合理， B点， 偏差在减小， UI继续减小不合理。 3。积分作用要改进使用-》积分分离。
▪ 微分作用：
ud
de(t) dt
1。加快起始时刻动作程度，加快响应速度。E(t)小， de(t) 不小。
2。合理性。E(t)变大，ud加大（正）； E(t)变小， ud变小（为负），不容易超调，减少震荡=》稳定性 加强。