PID控制学习笔记整理.docx

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1、一、P1D控制原理1.综述:PID是一种线性控制器，它根据给定值rm与实际输出值yut(t)构成控制方案：e(t)=Fyu,(O重点关注相关算法是如何对偏差进行处理的。e()+Ijoe力7dG(S)=PID控刷器各整正环手的作用弗干;比例况节；鼠比例地区腆按喇系统的偏差信号e(t),偏差一里产，控制器及即产或控喇作用，推戒小偏差。积今坏手,主要用于消除稔麦，提裔祭祀的无爱盛。积今作用的强稿取决于租今时间帘叔T,T越大，积台作用抽衲，友之则越强。做今环节：女缺偏差信号的变化超势，不屈在偏差信号变得K人之啸，在系疣中引入一个有数的早期修正信号，M而如快祭疣的劭作速度，咸货襁!节时间。2.1、 位置

2、式P1D控制算法按模拟PID控制算法，以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t,以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，即：tkTQk=0,1,2,3)kIc5=t5J=OJ=Oc1ege0;2、当e(k)时，采用PD控制，可避免产生过大的超调，又使系统有较快的响应；3、当Ie(k)I时，采用Pn)控制，以保证系统的控制精度。体现的思想就是分段控制积分分离控制算法可表示为：(k)=k战)+ki之e()T+kd(e()-e(k-1)T7=0式中，T为采样时间，0项为积分项的开关系数1e(4)oIg(R)I其算法流程:2.4、 抗积分饱和P1D控制算法积分饱和现象所谓积分饱和现象是

3、指若系统存在一个方向的偏差，PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而导致u(k)达到极限位置。此后若控制器输出继续增大，u(k)也不会再增大，即系统输出超出正常运行范围而进入了饱和区。一旦出现反向偏差，u(k)逐渐从饱和区退出。进入饱和区愈深则退饱和时间愈长。此段时间内，系统就像失去控制。这种现象称为积分饱和现象或积分失控现象。执行机构饱和特性抗积分饱和算法在计算u(k)时，首先判断上一时刻的控制量u(k1)是否己超出限制范围。若超出，则只累加负偏差；若未超出，则按普通PID算法进行调节。这种算法可以避免控制量长时间停留在饱和区。2.5、 梯形积分PID控制算法在PID控制律中积分

4、项的作用是消除余差，为了减小余差，应提高积分项的运算精度，为此，可将矩形积分改为梯形积分。梯形积分的计算公式为：e(1)d1=+e(i-/=O22.6、 变速积分P1D控制算法变速积分的基本思想是，设法改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应：偏差越大，积分越慢；反之则越快，有利于提高系统品质。设置系数f(e(k),它是e(k)的函数。当Ie(k)I增大时，f减小，反之增大。变速积分的PID积分项表达式为：f4一1、%(A)=kiZeG)+/%)卜(幻丁I/=OJ系数f与偏差当前值Ie(k)I的关系可以是线性的或是非线性的，例如，可设为：11(幻”-郊+B0变速积分P1D算法为：I叫BB卜I

5、A+Bu(k)=kpe(k)+k.I式中，e(k)为位置跟踪偏差，eo是一个可调参数，其具体数值可根据实际控制对象由实验确定。若eo值太小，会使控制动作过于频繁，达不到稳定被控对象的目的；若eo太大，则系统将产生较大的滞后控制算法流程：注：我们电子设计竞赛里，在简易倒立摆控制装置中就采用了带死区的PID控制算法，当时并不知道这个名称，这也就是在现场测试的时候为什么老师会问我们摆能够保持倒立静止不动，而不是靠左右抖动来控制平衡，就是因为我在里面设置了死区：好像是5度的角度仿真测试例程和图像见参考文档先进P1D控制及其MAr1AB仿真3.PID控制体会（20131217）具体接触到实际中的应用有过

6、两次的体会：一是利用数字PID控制算法调节直流电机的速度，方案是采用光电开关来获得电机的转动产生的脉冲信号，单片机（MSP430G2553）通过测量脉冲信号的频率来计算电机的转速（具体测量频率的算法是采用直接测量法，定时IS测量脉冲有多少个，本身的测量误差可以有0.5转加减），测量的转速同给定的转速进行比较产生误差信号，来产生控制信号，控制信号是通过PWM调整占空比也就是调整输出模拟电压来控制的（相当于1位的DA,如果用10位的DA来进行模拟调整呢？效果会不会好很多？），这个实验控制能力有一定的范围，只能在30转/秒和150转/秒之间进行控制，当给定值（程序中给定的速度）高于150时，实际速度

7、只能保持在150转，这也就是此系统的最大控制能力，当给定值低于30转时，直流电机转轴实际是不转动的，但由于误差值过大，转速会迅速变高，然后又会停止转动，就这样循环往复，不能达到控制效果。根据实测，转速稳态精度在正负3转以内，控制时间为4到5秒。实验只进行到这种程度，思考和分析也只停留在这种深度。二是利用数字PID控制算法调节直流减速电机的位置，方案是采用与电机同轴转动的精密电位器来测量电机转动的位置和角度，通过测量得到的角度和位置与给定的位置进行比较产生误差信号，然后位置误差信号通过一定关系（此关系纯属根据想象和实验现象来拟定和改善的）转换成PWM信号，作为控制信号的PWM信号是先产生对直流减

8、速电机的模拟电压U,U来控制直流减速电机的力矩（不太清楚），力矩产生加速度，加速度产生速度，速度改变位置，输出量是位置信号，所以之间应该对直流减速电机进行系统建模分析，仿真出直流减速电机的近似系统传递函数，然后根据此函数便可以对PID的参数进行整定了。两次体会都不是特别清楚PID参数是如何整定的，没有特别清晰的理论指导和实验步骤，对结果的整理和分析也不够及时，导致实验深度和程度都不能达到理想效果。以后的学习要保持咬定青山不放松的劲头，不把一件事情弄透彻绝不放手！P1D控制的学习可以继续进行，看看如何通过仿真来更加深入的理解其过程。然后趁着于立佳学长正在进行这项工作，我可以等待他把调节更加深入之后来求教。*203年12月17日星期二