PID控制原理讲解修订稿
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PID控制器的原理与调节方法PID控制器是一种常见的控制算法,广泛应用于工业自动化系统中。
它是通过对反馈信号进行比例、积分和微分处理,来实现对被控对象的控制。
本文将介绍PID控制器的原理和调节方法,并探讨其在实际应用中的一些注意事项。
一、PID控制器原理PID控制器的原理基于三个基本元素:比例、积分和微分。
这三个元素分别对应控制误差的当前值、累积值和变化值。
PID控制器根据这三个元素的加权和来生成控制信号,以实现对被控对象的稳定控制。
1. 比例元素(P)比例元素是根据当前的控制误差进行调节的。
它直接乘以一个比例系数,将误差放大或缩小,生成相应的控制信号。
比例元素的作用是快速响应控制误差,但可能引起超调和震荡。
2. 积分元素(I)积分元素是对控制误差的累积值进行调节的。
它将误差进行积分,得到一个累积值,并乘以一个积分系数,生成相应的控制信号。
积分元素的作用是消除稳态误差,但可能导致系统响应过慢或产生超调。
3. 微分元素(D)微分元素是对控制误差的变化率进行调节的。
它将误差进行微分,得到一个变化率,并乘以一个微分系数,生成相应的控制信号。
微分元素的作用是预测误差的变化趋势,以提前调整控制信号,但可能引起过度调节和噪声放大。
通过调节比例、积分和微分元素的系数权重,可以优化PID控制器的响应速度、控制精度和抗干扰能力。
二、PID控制器调节方法PID控制器的调节方法通常包括经验法和自整定法两种。
1. 经验法经验法是基于经验和试错的方法,通过手动调节PID控制器的系数来实现对被控对象的控制。
具体步骤如下:步骤一:将积分和微分元素的系数设为零,只调节比例元素的系数。
步骤二:逐渐增大比例系数,观察系统的响应,并调整至系统稳定且响应时间较短。
步骤三:增加积分系数,减小系统的稳态误差,但要注意避免系统过调和震荡。
步骤四:增加微分系数,提高系统对突变的响应速度,但要避免过度调节和噪声放大。
2. 自整定法自整定法是基于系统辨识和参数整定理论的方法,通过对系统的频域或时域特性进行分析,自动计算得到PID控制器的系数。
PID控制原理和特点工程实际中,应用最为广泛调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。
PID 控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制主要技术之一.当被控对象结构和参数不能完全掌握,或不到精确数学模型时,控制理论其它技术难以采用时,系统控制器结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便.即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能有效测量手段来获系统参数时,最适合用PID控制技术。
PID控制,实际中也有PI和PD控制.PID控制器就是系统误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。
1、比例控制(P):比例控制是最常用的控制手段之一,比方说我们控制一个加热器的恒温100度,当开始加热时,离目标温度相差比较远,这时我们通常会加大加热,使温度快速上升,当温度超过100度时,我们则关闭输出,通常我们会使用这样一个函数e(t) = SP – y(t)-u(t) = e(t)*PSP——设定值e(t)——误差值y(t)——反馈值u(t)——输出值P——比例系数滞后性不是很大的控制对象使用比例控制方式就可以满足控制要求,但很多被控对象中因为有滞后性。
也就是如果设定温度是200度,当采用比例方式控制时,如果P选择比较大,则会出现当温度达到200度输出为0后,温度仍然会止不住的向上爬升,比方说升至230度,当温度超过200度太多后又开始回落,尽管这时输出开始出力加热,但温度仍然会向下跌落一定的温度才会止跌回升,比方说降至170度,最后整个系统会稳定在一定的范围内进行振荡。
如果这个振荡的幅度是允许的比方说家用电器的控制,那则可以选用比例控制2、比例积分控制(PI):积分的存在是针对比例控制要不就是有差值要不就是振荡的这种特点提出的改进,它常与比例一块进行控制,也就是PI控制。
其公式有很多种,但大多差别不大,标准公式如下:u(t) = Kp*e(t) + Ki∑e(t) +u0u(t)—-输出Kp--比例放大系数Ki——积分放大系数e(t)——误差u0——控制量基准值(基础偏差)大家可以看到积分项是一个历史误差的累积值,如果光用比例控制时,我们知道要不就是达不到设定值要不就是振荡,在使用了积分项后就可以解决达不到设定值的静态误差问题,比方说一个控制中使用了PI控制后,如果存在静态误差,输出始终达不到设定值,这时积分项的误差累积值会越来越大,这个累积值乘上Ki 后会在输出的比重中越占越多,使输出u(t)越来越大,最终达到消除静态误差的目的PI两个结合使用的情况下,我们的调整方式如下:1、先将I值设为0,将P值放至比较大,当出现稳定振荡时,我们再减小P值直到P值不振荡或者振荡很小为止(术语叫临界振荡状态),在有些情况下,我们还可以在些P值的基础上再加大一点。
pid控制原理详解及实例说明PID控制是一种常见的控制系统,它通过比例、积分和微分三个控制参数来实现对系统的控制。
在工业自动化等领域,PID控制被广泛应用,本文将详细介绍PID控制的原理,并通过实例说明其应用。
1. PID控制原理。
PID控制器是由比例(P)、积分(I)和微分(D)三个部分组成的控制器。
比例部分的作用是根据偏差的大小来调节控制量,积分部分的作用是根据偏差的累积值来调节控制量,微分部分的作用是根据偏差的变化率来调节控制量。
PID控制器的输出可以表示为:\[ u(t) = K_p e(t) + K_i \int_{0}^{t} e(\tau) d\tau + K_d \frac{de(t)}{dt} \]其中,\(u(t)\)为控制量,\(e(t)\)为偏差,\(K_p\)、\(K_i\)、\(K_d\)分别为比例、积分、微分系数。
比例控制项主要用来减小静差,积分控制项主要用来消除稳态误差,微分控制项主要用来改善系统的动态性能。
通过合理地调节这三个参数,可以实现对系统的精确控制。
2. PID控制实例说明。
为了更好地理解PID控制的原理,我们以温度控制系统为例进行说明。
假设有一个加热器和一个温度传感器组成的温度控制系统,我们希望通过PID 控制器来控制加热器的功率,使得系统的温度稳定在设定的目标温度。
首先,我们需要对系统进行建模,得到系统的传递函数。
然后,根据系统的动态特性和稳态特性来确定PID控制器的参数。
接下来,我们可以通过实验来调节PID控制器的参数,使系统的实际响应与期望的响应尽可能接近。
在实际应用中,我们可以通过调节比例、积分、微分参数来实现对系统的精确控制。
比如,增大比例参数可以加快系统的响应速度,增大积分参数可以减小稳态误差,增大微分参数可以改善系统的动态性能。
通过不断地调节PID控制器的参数,我们可以使系统的温度稳定在设定的目标温度,从而实现对温度的精确控制。
总结。
通过本文的介绍,我们可以了解到PID控制的原理及其在实际系统中的应用。
PID控制原理与参数的整定方法PID控制器是一种常用的自动控制器,在工业控制中广泛应用。
它的原理很简单,即通过不断调节控制信号来使被控制物体的输出接近给定值。
PID控制器由比例(P)、积分(I)和微分(D)三个控制参数组成。
下面将详细介绍PID控制的原理和参数整定方法。
一、PID控制原理1.比例(P)控制比例控制根据被控制量的偏差的大小,按照一定比例调节控制量的大小。
当偏差较大时,调节量增大;当偏差较小时,调节量减小。
此项控制可以使系统快速响应,并减小系统稳态误差。
2.积分(I)控制积分控制根据被控制物体的偏差的积分值来调节控制量。
积分控制的作用主要是消除系统的稳态误差。
当偏差较小但持续较长时间时,积分量会逐渐增大,以减小偏差。
3.微分(D)控制微分控制根据被控制物体的偏差的变化率来调节控制量。
当偏差的变化率较大时,微分量会增大,以提前调整控制量。
微分控制可以减小系统的超调和振荡。
综合比例、积分和微分控制,PID控制器可以通过不同的控制参数整定来适应不同的被控制物体的特性。
二、PID控制参数整定方法1.经验整定法经验整定法是根据对被控制系统的调试经验和运行情况来选择控制参数的方法。
它是通过实际试验来调整控制参数,通过观察系统的响应和稳定性来判断参数的合理性。
2. Ziegler-Nichols整定法Ziegler-Nichols整定法是根据系统的临界响应来选择PID控制参数的方法。
在该方法中,首先将I和D参数设置为零,然后不断提高P控制参数直到系统发生临界振荡。
根据振荡周期和振荡增益的比值来确定P、I和D的参数值。
3.设计模型整定法设计模型整定法是根据对被控系统的数学建模来确定PID控制参数的方法。
通过建立被控系统的数学模型,分析其频率响应和稳态特性,从而设计出合理的控制参数。
4.自整定法自整定法是通过主动调节PID控制器的参数,使被控系统的输出能够接近给定值。
该方法可以通过在线自整定或离线自整定来实现。
PID控制原理与调整方法PID控制器是一种广泛应用于自动控制领域的控制器,其原理基于对误差信号的比例、积分和微分三个部分进行分析和调节。
PID控制器的主要作用是根据输入信号与期望输出信号之间的误差来调节控制系统的输出,使系统能够实现更加精确的控制。
\[ u(t)=K_pe(t)+K_i\int_0^t{e(\tau)d\tau}+K_d\frac{de(t)}{dt} \]其中,u(t)是控制器的输出,e(t)是输入信号与期望输出信号之间的误差,Kp、Ki、Kd分别是比例、积分和微分系数。
- 比例作用(Proportional):比例控制是指输出控制量与误差信号之间的线性关系,即比例系数Kp乘以误差信号e(t)。
比例作用可以减小系统的稳定性误差,但容易导致系统的过冲和振荡。
- 积分作用(Integral):积分作用是指输出控制量与误差信号的积分关系,即积分系数Ki乘以误差信号的积分。
积分作用可以消除系统的稳态误差,但可能会增大系统的超调量。
- 微分作用(Derivative):微分作用是指输出控制量与误差信号的微分关系,即微分系数Kd乘以误差信号的微分。
微分作用可以改善系统的动态响应速度,减小系统的超调和振荡,但会增大系统的噪声敏感性。
综合比例、积分和微分三种作用,PID控制器可以实现对系统的精确控制,同时保持系统的稳定性和鲁棒性。
1.手动调整:手动调整是一种通过经验和试错的方式来确定PID控制器的参数的方法。
根据控制系统的响应特性,逐步调节比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd的数值,直到系统的性能达到满意的水平。
2.试控调整:试控调整是一种通过对系统的输出信号进行试控实验,从而确定PID控制器的参数的方法。
通过改变比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd的数值,观察系统的响应特性,逐步调整参数,直到找到最佳的参数组合。
3. 自动调整:自动调整是一种通过计算机算法来优化PID控制器的参数的方法。
pid控制原理详解及实例说明PID控制是一种经典的控制算法,适用于很多控制系统中。
它通过对误差进行反馈调整,以实现系统稳定和快速响应的目标。
PID控制包含三个部分,即比例(Proportional)、积分(Integral)和微分(Derivative)控制。
比例控制(P)是根据误差的大小来调整控制输出的大小。
当误差较大时,控制输出也会相应增加;而当误差较小时,控制输出减小。
比例系数Kp用于调节比例作用的强弱。
积分控制(I)是根据误差的累积值来调整控制输出的大小。
它主要用于消除稳态误差。
积分系数Ki用于调节积分作用的强弱。
微分控制(D)是根据误差的变化率来调整控制输出的大小。
它主要用于快速响应系统的变化。
微分系数Kd用于调节微分作用的强弱。
PID控制的输出值计算公式为:Output = Kp * Error + Ki * Integral(Error) + Kd * Derivative(Error)下面举一个温度控制的例子来解释PID控制的应用。
假设有一个温度控制系统,希望将温度维持在设定值Tset。
系统中有一个可以控制加热器功率的变量,设为u。
温度传感器可以实时测量当前温度T,误差为Error = Tset - T。
比例控制(P):根据误差值来调整加热器功率,公式为u =Kp * Error。
当温度偏低时,加热器功率增加;当温度偏高时,加热器功率减小。
积分控制(I):根据误差的累积值来调整加热器功率,公式为u = Ki * ∫(Error)。
当温度持续偏离设定值时,积分控制会逐渐累积误差,并调整加热器功率,以消除误差。
微分控制(D):根据误差的变化率来调整加热器功率,公式为u = Kd * d(Error)/dt。
当温度变化率较大时,微分控制会对加热器功率进行快速调整,以避免温度过冲。
这样,通过比例、积分和微分控制的组合,可以实现温度控制系统对设定温度的稳定和快速响应。
总结起来,PID控制通过比例、积分和微分控制,根据误差的大小、累积值和变化率来调整控制输出,使系统能够稳定地达到设定目标。
PID控制原理解读比例(Proportional)控制是指输出与误差之间成比例的关系。
误差是指实际值与期望值之间的差异。
比例参数(Kp)用于调整比例控制的影响程度。
当误差增大时,输出也会相应增大,从而减小误差。
然而,仅仅使用比例控制可能导致系统的超调和震荡,因为它没有记忆效应。
积分(Integral)控制是指输出与误差的时间积分之间的关系。
积分参数(Ki)用于调整积分控制的影响程度。
积分控制可用来消除系统中的稳态误差,即一直存在的系统误差。
积分控制有记忆效应,可以积累误差并逐渐减小误差。
但是,过大的积分参数可能导致系统的超调和不稳定性。
微分(Derivative)控制是指输出与误差的变化率之间的关系。
微分参数(Kd)用于调整微分控制的影响程度。
微分控制可用来抑制系统的过冲和稳定系统的响应速度。
通过反馈误差的变化率,可以预测系统的未来状态并作出相应的调整。
然而,仅仅使用微分控制可能对噪声非常敏感,因此需要合适的滤波器进行稳定。
Output = Kp * Error + Ki * Integral(Error) + Kd *Derivative(Error)其中,Error表示误差,Integral(Error)表示误差的积分,Derivative(Error)表示误差的微分。
Kp、Ki和Kd分别为比例、积分和微分参数。
PID控制通过对比实际输出和期望输出的误差,根据误差的大小和变化率,调整控制器的输出。
当误差较大时,比例控制起主要作用,控制器输出增大并减小误差。
当误差逐渐减小且稳定在一个较小范围时,积分控制逐渐积累误差并稳定输出。
当误差变化较快时,微分控制预测未来的输出变化并作出相应调整。
然而,PID控制也存在一些局限性。
首先,需要合适的参数调整,不同的系统和应用可能需要不同的参数设置。
其次,PID控制是一种线性控制方法,对于非线性系统可能存在一定的适用范围限制。
最后,PID控制依赖于系统的数学模型,当系统模型不准确时,控制效果可能不理想。
控制系统中PID控制算法的详解在控制系统中,PID控制算法是最常见和经典的控制算法之一。
PID控制算法可以通过对反馈信号进行处理,使得控制系统能够实现稳定、精确的控制输出。
本文将详细介绍PID控制算法的原理、参数调节方法和优化方式。
一、PID控制算法的原理PID控制算法是由三个基本部分组成的:比例控制器、积分控制器和微分控制器。
这三个部分的输入都是反馈信号,并根据不同的算法进行处理,最终输出控制信号,使得系统的输出能够与期望的控制量保持一致。
A. 比例控制器比例控制器是PID控制算法的第一部分,其输入是反馈信号和期望控制量之间的差值,也就是误差信号e。
比例控制器将误差信号与一个比例系数Kp相乘,得到一个控制信号u1,公式如下:u1=Kp*e其中,Kp是比例系数,通过调节Kp的大小,可以改变反馈信号对控制输出的影响程度。
当Kp增大时,控制输出也会随之增大,反之亦然。
B. 积分控制器积分控制器是PID控制算法的第二部分,其输入是误差信号的累积量,也就是控制系统过去一定时间内的误差总和。
积分控制器将误差信号的累积量与一个积分系数Ki相乘,得到一个控制信号u2,公式如下:u2=Ki*∫e dt其中,Ki是积分系数,通过调节Ki的大小,可以改变误差信号积分对控制输出的影响程度。
当Ki增大时,误差信号积分的影响也会增强,控制输出也会随之增大,反之亦然。
C. 微分控制器微分控制器是PID控制算法的第三部分,其输入是误差信号的变化率,也就是控制系统当前误差与上一个采样时间的误差之差,用微分运算符表示为de/dt。
微分控制器将de/dt与一个微分系数Kd相乘,得到一个控制信号u3,公式如下:u3=Kd*de/dt其中,Kd是微分系数,通过调节Kd的大小,可以改变误差信号变化率对控制输出的影响程度。
当Kd增大时,误差信号的变化率的影响也会增强,控制输出也会随之增大,反之亦然。
综合上述三个控制部分可以得到一个PID控制输出信号u,公式如下:u=u1+u2+u3二、PID控制算法的参数调节PID控制算法的实际应用中,需要对其参数进行调节,以达到控制系统稳定、精确的控制输出。
P I D控制原理讲解公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]PID控制原理讲解经常有人问有关PID的用法,看一些有关单片及应用的书上都有关于PID的应用原理,但是面对具体的问题就不知道如何应用了,主要的问题是里面所用到的参数以及计算结果需要进行什么?经常有人问有关PID的用法,看一些有关单片及应用的书上都有关于PID的应用原理,但是面对具体的问题就不知道如何应用了,主要的问题是里面所用到的参数以及计算结果需要进行什么处理,通过什么样的换算才能具体的应用于实际,另外在计算方法上也存在着数值计算的算法问题,今天我在这里例举温度控中的PID部分,希望能够把PID的具体应用说明白。
?一般书上提供的计算公式中的几个名词:1.直接计算法和增量算法,这里的所谓增量算法就是相对于标准算法的相邻两次运算之差,得到的结果是增量,也就是说,在上一次的控制量的基础上需要增加(负值意味着减少)控制量,例如对于可控硅电机调速系统,就是可控硅的触发相位还需要提前(或迟后)的量,对于温度控制就是需要增加(或减少)加热比例,根据具体的应用适当选择采用哪一种算法,但基本的控制方法、原理是完全一样的,直接计算得到的是当前需要的控制量,相邻两次控制量的差就是增量;2.基本偏差e(t),表示当前测量值与设定目标间的差,设定目标是被减数,结果可以是正或负,正数表示还没有达到,负数表示已经超过了设定值。
这是面向比例项用的变动数据。
3.累计偏差Σ(e)= e(t)+e(t-1)+e(t-2)+…e(1),这是我们每一次测量到的偏差值的总和,这是代数和,考虑到他的正负符号的运算的,这是面向积分项用的一个变动数据。
4.基本偏差的相对偏差e(t)-e(t-1),用本次的基本偏差减去上一次的基本偏差,用于考察当前控制的对象的趋势,作为快速反应的重要依据,这是面向微分项的一个变动数据。
5.三个基本参数:Kp,Ki,Kd.这是做好一个控制器的关键常数,分别称为比例常数、积分常数和微分常数,不同的控制对象他们需要选择不同的数值,还需要经过现场调试才能获得较好的效果。
6.标准的直接计算法公式:Pout(t)=Kp*e(t)+Ki*Σe(t)+Kd*(e(t)-e(t-1));上一次的计算值:Pout(t-1)=Kp*e(t-1)+Ki*Σe(t-1)+Kd*(e(t-1)-e(t-2));两式相减得到增量法计算公式:Pdlt=Kp*(e(t)-e(t-1)+Ki*Σe(t)+Kd*(e(t)-2*e(t-1)+e(t-2));*这里我们对Σ项的表示应该是对e(i)从1到t全部总和,但为了打字的简便就记作Σe(t).三个基本参数Kp,Ki,Kd.在实际控制中的作用:比例调节作用:是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
积分调节作用:是使系统消除稳态误差,提高无差度。
因为有误差,积分调节就进行,甚至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。
积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。
反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。
积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用:微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能遇见偏差变化的趋势,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。
微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。
此外,微分反应是变化率,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,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。
具体应用中的数值量化处理:上面只是控制算法的数学方法,似乎有点抽象,在具体的控制项目中怎样对应呢也就是具体的量化问题。
下面举一个在温度控制中的处理方法。
对于加温的温度控制可以采用调节供电电压或在一定的时间循环周期内的供电时间比例来调节加温控制温度,一般以调节加温时间比例比较简单,也是控制上比较常用的方法。
调压法控制的原理是通过可控硅的处罚相位角达到对电压的调节,这个电压是指有效电压,直观上就是对一个正弦波形的前边切掉一块,用不同的切割位置以保留剩余的面积。
为了叙述方便,我们还是采用控制时间比例的办法:我们设定一个标准的加温周期,例如2分钟,我们就在这个两分钟周期内对输出进行控制,也就是说在这个2分钟内加温多少时间,全速加温就是连续整个周期(2分钟)都加温,当然停止加温就是完全不输出,根据我们的计算可以让加温时间在0-2分钟内变化,比如计算所得我们在这一个周期内应该加温1分30秒,经过两分钟以后再测量被加温物体的温度,通过计算我们应该加温1分28秒,等等等等,这里除了加温以外的时间就是不加温,等等下一个周期到来,再进行实际测量计算下一周期我们的输出量,周而复始,不断地修正我们的输出量,以达到对温度有效控制。
为了对应我们的程序处理上的方便,我们在程序内部一般并不是用时分秒来计算的,通常我们会使用系统的一个定时器用于系统全部时钟,例如显示刷新、键盘扫描等,相对于计算来说,我们的控制周期比较长,所以我们可以对2分钟进行细分,例如我们用每分钟进行100等分,则两分钟就是200等分,用于我们的温度控制,这样的输出比例的变化已经足够了,我们可以有200个输出等级了。
取200的另一个好处是,对应于我们的8位单片机刚好可以在一个字节内进行运算,程序简单运算速度快。
当需要改变我们的定时周期时,有些不同的加热对象,例如较大热惯性的加热对象时,可能2分钟周期太短了,我们可以通过修改基本定时常数的办法来实现,而保持我们的200等分不变。
我们对2分钟进行200等分,算一下他的每一个基本单位的具体时间To=60*2/200==600ms这对于单片机来说太长了,因为如果我让我的定时器做到这么慢的定时周期就干不了别的事了,为了显示、键盘等的处理一般我们定时在5-10ms,所以就需要另外设定一个变量tTempl 在每一个定时中断发生时对tTempl 计数。
例如我的系统定时器的定时常数对应于10ms,则设定tTempl在达到60的时候才确认是达到600ms了,才作为一个基本的输出时间单位。
对应于总周期的修改,我们的200等分可以不用修改,而只要修改我们的变量tTempl的判断边界就可以了,例如对应于2分钟时是60,则在3分钟为周期时边界改为90就行了,定下了我们的基本控制时间分辨率以后,我们的计算就可以不用改变了。
当然,根据您的具体对象也可以修改这个等分数,我这里只是作为一个举例:例如200等分。
温控仪器不离开测温器件,无论用什么测温器件(传感器),对于控制上来说,首先需要将测到的值换算为温度数据,一般我们国内都采用摄氏度℃,工业上使用的测温器件一般都是非线性的器件,经过放大、A/D转换所得到的电压数据与温度呈非线性关系,存在着微小的差异,一般采用电压值表的办法获得实际温度,这个表格是以每一个温度点上的电压值来表述的,由于我们的单片机rom的大小限制,这个表格也不可能做得很细,基本上以度作为间隔,也就是说直接查表只能获得度为单位的温度值,而实际测量的温度可能是介于T与T+1度之间,在PID控制计算上,这样的分辨率是不够的,所以我们还需要进一步获得具体的温度精确数据,一般采用将T与T+1之间的电压差和AD实际值(mv)进行定分比分点的办法(更精确的是采用二次插值计算法)获得温度的精确数值,也就是获得小数部分。
如果能够做到1/10度的温度分辨率精度就可以基本满足控制运算要求了,所以我们可以用定点数的办法处理。
不采用浮点数是因为单片机的运算速度不适合用浮点数,定点数处理,就是将温度的内部运算单位放大10倍,在用于显示的时候再除以10也就是固定显示一个小数点位置。
如果想让我们的控制做的更好,还可以再提高温度的内部精度,例如精确到1/100度,这也是现在高级温控仪采用的精度,但在通常情况下这个精度似乎有点过剩。
PID的三个基本参数 Kp,Ki,Kd,一般由试验确定,根据我们的实际工作对象去初步确定,然后在实际运行过程中进行调节,以达到相对理想的效果,为了达到比较好的控制效果,这三个参数一般不采用整数,但同时为了减轻单片机的运算量,通常采用2的整倍数放大的办法确定这些参数,在运算结果中再除以2的整倍数,因为单片机运算中可以用移位来完成,速度比较快,常用的是8倍或16倍放大,注意这三个参数采用相同的放大比例。
编程的过程中自己从头到尾要清楚我的参数是经过放大了的,就不会忘记对运算结果还原。
通过怎样的运算来获得2-200加温比例数据呢很简单,为了说明这个问题,我们先假定只考虑最简单的比例控制算法,假定我们的控制范围是在200度,则设定温度与实践温度的差的最大值就是200(度),我们就用去他去输出,这时的参数Kp=1,当我们为了提高加热速度,而使受控制的区域缩小,例如只控制50度范围,如目标温度设定为230,我们控制的范围就在180-230范围内,这时的差值不够200,我们就把计算得到的数字乘以4就得到0-200的数据了,假定当前实测温度为222,则230-222=8再乘以4算得32,这就作为我们的输出比例数据。
当然我们这里还没有考虑超温的情况,计算产生了负数。
这一部分将作为我们控制输出的基本量,上面的计算是对应于Kp=4DE ,再加入微分和积分项,这时我们的Kp可以基本保持不变。
Kp在这里基本确立了我们的起始控制点到目标值之间的控制范围,微分和积分项在这里只是作为附加部分,基本不影响控制范围。
当温度突然下降一度时,我们希望补上多少比例区进行下一轮的加热呢这就是微分系数:早我经过这么久的控制,目标温度还是低了一点,我希望用多少的比例去弥补这个长期欠温呢这就是积分常数,我想你已经大概已经确定了这些数据了。
一句话,比例常数决定我们参与在目标点以前真正控制的范围,Kp=基本时间总周期/控制范围。
Ki,Kd是您希望的反应对策速度,看你有没有耐心去逐步达到稳定点,过激了会起反作用的,过于胆小怕事是达不到预期目标的。
最后,在计算结果交付于输出之前,还需要进行一些修正,例如当计算结果大于200时按200输出,计算结果小于零时按零输出。
处理上的一些常用方法为了提高测温的准确性,往往需要进行多次测温。
然后剔除测得结果中的最大值和最小值。
把剩余值的数值相加在计算平均值,这样比较有利于抗干扰,或者由于其他原因引起的测量值波动,初期的处理是很必要的。