PID的调试

                                          PID的调试

1. PID调试步骤 
　　没有一种控制算法比PID调节规律更有效、更方便的了。现在一些时髦点的调节器基本源自PID。甚至可以这样说：PID调节器是其它控制调节算法的吗。 
　　为什么PID应用如此广泛、又长久不衰？ 因为PID解决了自动控制理论所要解决的最基本问题，既系统的稳定性、快速性和准确性。调节PID的参数，可实现在系统稳定的前提下，兼顾系统的带载能力和抗扰能力，同时，在PID调节器中引入积分项，系统增加了一个零积点，使之成为一阶或一阶以上的系统，这样系统阶跃响应的稳态误差就为零。 
　　由于自动控制系统被控对象的千差万别，PID的参数也必须随之变化，以满足系统的性能要求。这就给使用者带来相当的麻烦，特别是对初学者。下面简单介绍一下调试PID参数的一般步骤： 


　　1．负反馈 
　　自动控制理论也被称为负反馈控制理论。首先检查系统接线，确定系统的反馈为负反馈。例如电机调速系统，输入信号为正，要求电机正转时，反馈信号也为正（PID算法时，误差=输入-反馈），同时电机转速越高，反馈信号越大。其余系统同此方法。 
　　2．PID调试一般原则 
　　a.在输出不振荡时，增大比例增益P。 
　　b.在输出不振荡时，减小积分时间常数Ti。 
　　c.在输出不振荡时，增大微分时间常数Td。 
　　3．一般步骤 
　　a.确定比例增益P 
　　确定比例增益P 时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ti=0、Td=0（具体见PID的参数设定说明），使PID为纯比例调节。输入设定为系统允许的最大值的60%~70%，由0逐渐加大比例增益P，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益P逐渐减小，直至系统振荡消失，记录此时的比例增益P，设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。比例增益P调试完成。 
　　b.确定积分时间常数Ti 
　　比例增益P确定后，设定一个较大的积分时间常数Ti的初值，然后逐渐减小Ti，直至系统出现振荡，之后在反过来，逐渐加大Ti，直至系统振荡消失。记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。积分时间常数Ti调试完成。 
　　c.确定积分时间常数Td 
　　积分时间常数Td一般不用设定，为0即可。若要设定，与确定 P和Ti的方法相同，取不振荡时的30%。 
　　d.系统空载、带载联调，再对PID参数进行微调，直至满足要求。 


                              


                               PID三个参数的作用
   


    PID参数的整定就是合理的选择PID三参数。从系统的稳定性、响应速度，超调量和稳态精度等各方面考虑问题，三参数的作用如下：
    1、比例参数KP的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。随着KP的增大系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但是系统易产生超调，系统的稳定性变差，甚至会导致系统不稳定。KP取值过小，调节精度降低，响应速度变慢，调节时间加长，使系统的动静态性能变坏。
    2、积分作用参数Ti的一个最主要作用是消除系统的稳态误差。Ti越大系统的稳态误差消除的越快，但Ti也不能过大，否则在响应过程的初期会产生积分饱和现象。若Ti过小，系统的稳态误差将难以消除，影响系统的调节精度。另外在控制系统的前向通道中只要有积分环节总能做到稳态无静差。从相位的角度来看一个积分环节就有90° 的相位延迟，也许会破坏系统的稳定性。
    3、微分作用参数Td的作用是改善系统的动态性能，其主要作用是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报。但Ti不能过大，否则会使响应过程提前制动，延长调节时间，并且会降低系统的抗干扰性能。
    总之PID参数的整定必须考虑在不同时刻三个参数的作用以及相互之间的互联关系。




                  PID三个基本参数kp 、ki 、kd 对PID控制作用和影响  
 
    比例系数 ：作用在于加快系统的响应速度，提高系统调节精度。当系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用以减少误差。 越大，系统响应越快，但将产生超调和振荡甚至导致系统不稳定，因此 的值不能取得过大；但如果 取值过小，过小会降低调节精度，是系统响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静、动态特性变坏。
    积分系数 ：作用在于消除系统的稳态误差，提高无差度。 越大积分速度越快，系统静差消除越快，但 过大在响应过程初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程出现较大超调，使动态性能变差； 过小则会使积分作用变弱，使系统的静差难以消除，过渡时间加长，不能尽快达到稳定状态，影响系统的调节精度和动态特性。
    微分系数 ：作用在于改善系统的动态特性，反映系统偏差信号的变化率并预见偏差变化的趋势，能产生超前的控制作用，使系统的超调降低，增加系统稳定性。但 不能过大，过大则会使响应过程提前制动和延长系统调节时间，而且还会使系统的抗干扰性变差。
比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,可以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,会使系统的稳定性下降。


    比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,可以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,会使系统的稳定性下降。
    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,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数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,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,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。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。