单片机的PID控制方法详细说明

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上传日期: 2020-05-22

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资料介绍

标签:PID(866)控制器(6492)单片机(19423)

  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制中的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,直接计算法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()。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Ze(t)=ef(t)+e(t-1)+e(t-2)+..+e(l),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)ef(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*Ze(t)+Kd*(e(t)-e(t-1);

AL t4517756596601856

  上一次的计算值:

  Pout(t-1)=Kp*e(t-1)+Ki*Ze(t-1)+Kd*(e(t-1)-e(-2));两式相减得到增量法计算公式:

  Pdlt=Kp*(e(t)-e(t-1)+Ki*e(t)+Kd*(e()-2*e(t-1)+e(-2);*这里我们对项的表示应该是对e(i)从1到t全部总和,但为了打字的简便就记作Ze(t).

  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,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TiTI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,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,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。

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