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pid是什麽意思(pid是什麽意思醫學類)

PID調試一般原則

pid是什麽意思:

a.在輸出不振蕩時,增大比例增益P。

b.在輸出不振蕩時,減小積分時間常數Ti。

c.在輸出不振蕩時,增大微分時間常數Td。

PID參數設置及調節方法

方法一:

PID參數的設定:是靠經驗及工藝的熟悉,參考測量值跟蹤與設定值曲線,從而調整P\I\D的大小。

PID控制器參數的工程整定,各種調節系統中P.I.D參數經驗數據以下可參照:

溫度T:

P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s

壓力P:

P=30~70%,T=24~180s,

液位L:

P=20~80%,T=60~300s,

流量L:

P=40~100%,T=6~60s。

方法二:

1.PID調試一般原則

a.在輸出不振蕩時,增大比例增益P。

b.在輸出不振蕩時,減小積分時間常數Ti。

c.在輸出不振蕩時,增大微分時間常數Td。

2.一般步驟

a.確定比例增益P

確定比例增益P

時,首先去掉PID的積分項和微分項,一般是令Ti=0、Td=0(具體見PID的參數設定說明),使PID爲純比例調節。輸入設定爲系統允許的最大值的60%~70%,由0逐漸加大比例增益P,直至系統出現振蕩;再反過來,從此時的比例增益P逐漸減小,直至系統振蕩消失,記錄此時的比例增益P,設定PID的比例增益P爲當前值的60%~70%。比例增益P調試完成。

b.確定積分時間常數Ti

比例增益P確定後,設定一個較大的積分時間常數Ti的初值,然後逐漸減小Ti,直至系統出現振蕩,之後在反過來,逐漸加大Ti,直至系統振蕩消失。記錄此時的Ti,設定PID的積分時間常數Ti爲當前值的150%~180%。積分時間常數Ti調試完成。

c.確定積分時間常數Td

積分時間常數Td一般不用設定,爲0即可。若要設定,與確定

P和Ti的方法相同,取不振蕩時的30%。

d.系統空載、帶載聯調,再對PID參數進行微調,直至滿足要求

什麽是PID調節器,並舉例說明P、I、D的調節作用。

工業生産過程中,對于生産裝置的溫度、壓力、流量、液位等工藝變量常常要求維持在一定的數值上,或按一定的規律變化,以滿足生産工藝的要求。PID控制器是根據PID控制原理對整個控制系統進行偏差調節,從而使被控變量的實際值與工藝要求的預定值一致。不同的控制規律適用于不同的生産過程,必須合理選擇相應的控制規律,否則PID控制器將達不到預期的控制效果。

PID控制器(Proportion Integration Differentiation.比例-積分-微分控制器),由比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D 組成。通過Kp, Ki和Kd叁個參數的設定。PID控制器主要適用于基本線性和動態特性不隨時間變化的系統。

PID 控制器是一個在工業控制應用中常見的反饋回路部件。這個控制器把收集到的數據和一個參考值進行比較,然後把這個差別用于計算新的輸入值,這個新的輸入值的目的是可以讓系統的數據達到或者保持在參考值。和其他簡單的控制運算不同,PID控制器可以根據曆史數據和差別的出現率來調整輸入值,這樣可以使系統更加准確,更加穩定。可以通過數學的方法證明,在其他控制方法導致系統有穩定誤差或過程反複的情況下,一個PID反饋回路卻可以保持系統的穩定。

一個控制回路包括叁個部分:

系統的傳感器得到的測量結果 控制器作出決定 通過一個輸出設備來作出反應 控制器從傳感器得到測量結果,然後用需求結果減去測量結果來得到誤差。然後用誤差來計算出一個對系統的糾正值來作爲輸入結果,這樣系統就可以從它的輸出結果中消除誤差。

在一個PID回路中,這個糾正值有叁種算法,消除目前的誤差,平均過去的誤差,和透過誤差的改變來預測將來的誤差。

比如說,假如一個水箱在爲一個植物提供水,這個水箱的水需要保持在一定的高度。一個傳感器就會用來檢查水箱裏水的高度,這樣就得到了測量結果。控制器會有一個固定的用戶輸入值來表示水箱需要的水面高度,假設這個值是保持65%的水量。控制器的輸出設備會連在一個馬達控制的水閥門上。打開閥門就會給水箱注水,關上閥門就會讓水箱裏的水量下降。這個閥門的控制信號就是我們控制的變量,它也是這個系統的輸入來保持這個水箱水量的固定。

PID控制器可以用來控制任何可以被測量的並且可以被控制的變量。比如,它可以用來控制溫度,壓強,流量,化學成分,速度等等。汽車上的巡航定速功能就是一個例子。

一些控制系統把數個PID控制器串聯起來,或是鏈成網絡。這樣的話,一個主控制器可能會爲其他控制輸出結果。一個常見的例子是馬達的控制。我們會常常需要馬達有一個控制的速度並且停在一個確定的位置。這樣呢,一個子控制器來管理速度,但是這個子控制器的速度是由控制馬達位置的主控制器來管理的。

連合和串聯控制在化學過程控制系統中是很常見的。

PID是以它的叁種糾正算法而命名的。這叁種算法都是用加法調整被控制的數值。而實際上這些加法運算大部分變成了減法運算因爲被加數總是負值。這叁種算法是:

比例- 來控制當前,誤差值和一個負常數P(表示比例)相乘,然後和預定的值相加。P只是在控制器的輸出和系統的誤差成比例的時候成立。這種控制器輸出的變化與輸入控制器的偏差成比例關系。比如說,一個電熱器的控制器的比例尺範圍是10°C,它的預定值是20°C。那麽它在10°C的時候會輸出100%,在15°C的時候會輸出50%,在19°C的時候輸出10%,注意在誤差是0的時候,控制器的輸出也是0。

積分 - 來控制過去,誤差值是過去一段時間的誤差和,然後乘以一個負常數I,然後和預定值相加。I從過去的平均誤差值來找到系統的輸出結果和預定值的平均誤差。一個簡單的比例系統會振蕩,會在預定值的附近來回變化,因爲系統無法消除多余的糾正。通過加上一個負的平均誤差比例值,平均的系統誤差值就會總是減少。所以,最終這個PID回路系統會在預定值定下來。

微分 - 來控制將來,計算誤差的一階導,並和一個負常數D相乘,最後和預定值相加。這個導數的控制會對系統的改變作出反應。導數的結果越大,那麽控制系統就對輸出結果作出更快速的反應。這個D參數也是PID被稱爲可預測的控制器的原因。D參數對減少控制器短期的改變很有幫助。一些實際中的速度緩慢的系統可以不需要D參數。 用更專業的話來講,一個PID控制器可以被稱作一個在頻域系統的濾波器。這一點在計算它是否會最終達到穩定結果時很有用。如果數值挑選不當,控制系統的輸入值會反複振蕩,這導致系統可能永遠無法達到預設值。

盡管不同類型的控制器,其結構、原理各不相同,但是基本控制規律只有叁個:比例(P)控制、積分(I)控制和微分(D)控制。這幾種控制規律可以單獨使用,但是更多場合是組合使用。如比例(P)控制、比例-積分(PI)控制、比例-積分-微分(PID)控制等。

比例(P)控制

單獨的比例控制也稱“有差控制”,輸出的變化與輸入控制器的偏差成比例關系,偏差越大輸出越大。實際應用中,比例度的大小應視具體情況而定,比例度太大,控制作用太弱,不利于系統克服擾動,余差太大,控制質量差,也沒有什麽控制作用;比例度太小,控制作用太強,容易導致系統的穩定性變差,引發振蕩。

對于反應靈敏、放大能力強的被控對象,爲提高系統的穩定性,應當使比例度稍小些;而對于反應遲鈍,放大能力又較弱的被控對象,比例度可選大一些,以提高整個系統的靈敏度,也可以相應減小余差。

單純的比例控制適用于擾動不大,滯後較小,負荷變化小,要求不高,允許有一定余差存在的場合。工業生産中比例控制規律使用較爲普遍。

比例積分(PI)控制

比例控制規律是基本控制規律中最基本的、應用最普遍的一種,其最大優點就是控制及時、迅速。只要有偏差産生,控制器立即産生控制作用。但是,不能最終消除余差的缺點限制了它的單獨使用。克服余差的辦法是在比例控制的基礎上加上積分控制作用。

積分控制器的輸出與輸入偏差對時間的積分成正比。這裏的“積分”指的是“積累”的意思。積分控制器的輸出不僅與輸入偏差的大小有關,而且還與偏差存在的時間有關。只要偏差存在,輸出就會不斷累積(輸出值越來越大或越來越小),一直到偏差爲零,累積才會停止。所以,積分控制可以消除余差。積分控制規律又稱無差控制規律。

積分時間的大小表征了積分控制作用的強弱。積分時間越小,控制作用越強;反之,控制作用越弱。

積分控制雖然能消除余差,但它存在著控制不及時的缺點。因爲積分輸出的累積是漸進的,其産生的控制作用總是落後于偏差的變化,不能及時有效地克服幹擾的影響,難以使控制系統穩定下來。所以,實用中一般不單獨使用積分控制,而是和比例控制作用結合起來,構成比例積分控制。這樣取二者之長,互相彌補,既有比例控制作用的迅速及時,又有積分控制作用消除余差的能力。因此,比例積分控制可以實現較爲理想的過程控制。

比例積分控制器是目前應用最爲廣泛的一種控制器,多用于工業生産中液位、壓力、流量等控制系統。由于引入積分作用能消除余差,彌補了純比例控制的缺陷,獲得較好的控制質量。但是積分作用的引入,會使系統穩定性變差。對于有較大慣性滯後的控制系統,要盡量避免使用。

比例微分(PD)控制

比例積分控制對于時間滯後的被控對象使用不夠理想。所謂“時間滯後”指的是:當被控對象受到擾動作用後,被控變量沒有立即發生變化,而是有一個時間上的延遲,比如容量滯後,此時比例積分控制顯得遲鈍、不及時。爲此,人們設想:能否根據偏差的變化趨勢來做出相應的控制動作呢?猶如有經驗的操作人員,即可根據偏差的大小來改變閥門的開度(比例作用),又可根據偏差變化的速度大小來預計將要出現的情況,提前進行過量控制,“防患于未然”。這就是具有“超前”控制作用的微分控制規律。微分控制器輸出的大小取決于輸入偏差變化的速度。

微分輸出只與偏差的變化速度有關,而與偏差的大小以及偏差是否存在與否無關。如果偏差爲一固定值,不管多大,只要不變化,則輸出的變化一定爲零,控制器沒有任何控制作用。微分時間越大,微分輸出維持的時間就越長,因此微分作用越強;反之則越弱。當微分時間爲0時,就沒有微分控制作用了。同理,微分時間的選取,也是需要根據實際情況來確定的。

微分控制作用的特點是:動作迅速,具有超前調節功能,可有效改善被控對象有較大時間滯後的控制品質;但是它不能消除余差,尤其是對于恒定偏差輸入時,根本就沒有控制作用。因此,不能單獨使用微分控制規律。

比例和微分作用結合,比單純的比例作用更快。尤其是對容量滯後大的對象,可以減小動偏差的幅度,節省控制時間,顯著改善控制質量。

PID控制

最爲理想的控制當屬比例-積分-微分控制規律。它集叁者之長:既有比例作用的及時迅速,又有積分作用的消除余差能力,還有微分作用的超前控制功能。

當偏差階躍出現時,微分立即大幅度動作,抑制偏差的這種躍變;比例也同時起消除偏差的作用,使偏差幅度減小,由于比例作用是持久和起主要作用的控制規律,因此可使系統比較穩定;而積分作用慢慢把余差克服掉。只要叁個作用的控制參數選擇得當,便可充分發揮叁種控制規律的優點,得到較爲理想的控制效果。

調試方法編輯

比例系數的調節

比例系數P的調節範圍一般是:0.1--100.

如果增益值取 0.1,PID 調節器輸出變化爲十分之一的偏差值。如果增益值取 100, PID 調節器輸出變化爲一百倍的偏差值。

可見該值越大,比例産生的增益作用越大。初調時,選小一些,然後慢慢調大,直到系統波動足夠小,再調節積分或微分系數。過大的P值會導致系統不穩定,持續振蕩;過小的P值又會使系統反應遲鈍。合適的值應該使系統有足夠的靈敏度但又不會反應過于靈敏,一定時間的遲緩要靠積分時間來調節。

積分系數的調節

積分時間常數的定義是,偏差引起輸出增長的時間。積分時間設爲 1秒,則輸出變化 100%所需時間爲 1 秒。初調時要把積分時間設置長些,然後慢慢調小直到系統穩定爲止。

微分系數的調節

微分值是偏差值的變化率。例如,如果輸入偏差值線性變化,則在調節器輸出側疊加一個恒定的調節量。大部分控制系統不需要調節微分時間。因爲只有時間滯後的系統才需要附加這個參數。如果畫蛇添足加上這個參數反而會使系統的控制受到影響。如果通過比例、積分參數的調節還是收不到理想的控制要求,就可以調節微分時間。初調時把這個系數設小,然後慢慢調大,直到系統穩定。

參數整定編輯

PID控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被 控過程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數整定的方法很多,概括起來有兩大類:一是理論計算整定法。它主要是 依據系統的數學模型,經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用,還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法,它主 要依賴工程經驗,直接在控制系統的試驗中進行,且方法簡單、易于掌握,在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數的工程整定方法,主要有臨界比例法、反應 曲線法和衰減法。叁種方法各有其特點,其共同點都是通過試驗,然後按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數,都需 要在實際運行中進行最後調整與完善。現在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行 PID控制器參數的整定步驟如下:(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作;(2)僅加入比例控制環節,直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩, 記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期;(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。 [1] 

在實際調試中,只能先大致設定一個經驗值,然後根據調節效果修改。

對于溫度系統:P(%)20--60,I(分)3--10,D(分)0.5--3

對于流量系統:P(%)40--100,I(分)0.1--1

對于壓力系統:P(%)30--70,I(分)0.4--3

對于液位系統:P(%)20--80,I(分)1--5

參數整定找最佳,從小到大順序查

先是比例後積分,最後再把微分加

曲線振蕩很頻繁,比例度盤要放大

曲線漂浮繞大灣,比例度盤往小扳

曲線偏離回複慢,積分時間往下降

曲線波動周期長,積分時間再加長

曲線振蕩頻率快,先把微分降下來

動差大來波動慢。微分時間應加長

理想曲線兩個波,前高後低4比1

一看二調多分析,調節質量不會低

適應控制編輯

首先弄清楚什麽是自適應控制

在生産過程中爲了提高産品質量,增加産量,節約原材料,要求生産管理及生産過程始終處于最優工作狀態。因此産生了一種最優控制的方法,這就叫自適應控制。在這種控制中要求系統能夠根據被測參數,環境及原材料的成本的變化而自動對系統進行調節,使系統隨時處于最佳狀態。自適應控制包括性能估計(辨別)、決策和修改叁個環節。它是微機控制系統的發展方向。但由于控制規律難以掌握,所以推廣起來尚有一些難以解決的問題。

加入自適應的pid控制就帶有了一些智能特點,像生物一樣能適應外界條件的變化。

還有自學習系統,就更加智能化了。

參數整定編輯

PID控制器參數整定與實現》- 圖書信息

書 名: PID控制器參數整定與實現

作 者:黃友銳,曲立國

出版社: 中國科學出版社

出版時間:2010-1-1

開本: 16開

定價: 39.00元

《PID控制器參數整定與實現》- 內容簡介

本書是作者多年來在基于自然計算的PID控制器參數整定與實現方面進行深入研究的基礎上撰寫而成的。在吸收國內外許多具有代表性的最新研究成果的基礎上,本書著重介紹作者在這一領域的研究成果,主要包括:PID控制器參數整定方法;分數階PID控制器的參數整定;基于QDRNN的多變量PID控制器參數整定;數字PID控制器的FPGA實現;基于BP神經網絡的PID控制器的FPGA實現;基于遺傳算法的PID控制器的FPGA實現;基于粒子群算法的PID控制器的FPGA實現;主要算法的基本程序。

本書可作爲與自動化相關專業的師生、研究人員以及工程技術人員的參考書。

《PID控制器參數整定與實現》- 圖書目錄

前言

第1章 緒論

第2章 PID控制器參數整定方法

第3章 分數階PID控制器的參數整定

第4章 基于QDRNN的多變量PID控制器參數整定

第5章 數字PID控制器的FPGA實現

第6章 基于BP神經網絡的PID控制器的FPGA實現

第7章 基于遺傳算法的PID控制器的FPGA實現

第8章 基于粒子群算法的PID控制器的FPGA實現

附錄

參考文獻

比例積微分控制器的專利、軟件及硬件編輯

這在IEEE《控制系統》雜志上有綜述,包括最優控制器參數設定,可由格拉斯哥大學CAutoD網站免費下載改善PID微分和積分的方法及:

Patents, software, and hardware for PID control: An overview and analysis of the current art, IEEE Control Systems, 2006。[2]