pid各个参数的作用详解
比例参数的作用是加快系统的响应速度,提高系统的调节精度.比例参数越大,系统的响应速度越快,系统的调节精度越高,但容易产生超调,甚至会导致系统不稳定;比例参数取值过小,则会降低调节精度,使响应速度缓慢,从而延长调节时间,使系统静态,动态特性变坏.
积分参数的作用是消除系统的稳态误差.积分参数越大,系统的静态误差消除越快,但若过大,在响应过程的初期会产生积分饱和现象,从而引起响应过程的较大超调.若积分参数过小,将使系统静态误差难以消除,影响系统的调节精度. 系统偏差大时积分作用应减弱甚至全无,而在偏差小时则应加强(积分分离, 梯形积分,变速积分,抗积分饱和).积分系数取大了会产生超调,甚至积分饱和,取小了又迟迟不能消除静差.
微分参数的作用是改善系统的动态特性,其作用主要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.但微分参数过大,会使响应过程提前制动,从而延长调节时间,而且会降低系统的抗干扰性能.微分信号的引入容易引进高频干扰,在误差扰动突变时尤其显出微分项的不足.
常用的几种PID控制算法
积分分离PID控制算法:当被控制量与设定值偏差值较大时,取消积分作用,以免由于积分作用使系统稳定性降低,超调量增大;当被控制量接近给定值时,引入积分控制,以便消除静差,提高控制精度.
变速积分PID控制算法:在不同误差区间,给以不同大小的积分参数.实际上,积分分离是变速积分的一个特例.
抗积分饱和PID控制算法:在计算输出控制量时,首先判断上一时刻的输出控制量是否已超出限制范围,若超出最大限制值,则只累加负偏差,否则只累加正偏差.如此可避免控制量长时间停留在饱和区.
不完全微分PID控制算法:对阶跃信号的控制性比较好,将微分项和上一次的值做权系数和.
微分先行PID控制算法:在给定值频繁升降时,可避免系统振荡.
前置滤波器法:对输入的给定值进行修正，使其不突变,相当于加一惯性延迟。
专家PID控制算法:根据误差及其变化,分下面五种情况进行设计
(1)当|e(k)|>M1时，说明误差的绝对值已经很大，无论误差的变化趋势如何，都应使控制器的输出达到最大或最小，使误差绝对值以最大速度减小。
(2)当e(k)·Δe(k) 0时，说明误差在朝误差绝对值增大方向变化或误差为常值。此时，如果|e(k)| M2，说明误差也较大，应使控制器实施较强的控制作用。控制器输出为：
当|e(k)|<M2时，误差绝对值并不很大，应实施一般控制作用。控制器输出为：
(3)当e(k)·Δe(k)<0且e(k)·Δe(k)>0或者e(k)=0时，说明误差绝对值朝减小方向变化或已达平衡状态，此时保持控制器输出不变。
(4)当e(k)·Δe(k)<0且e(k)·Δe(k-1)<0时，说明误差处于极值状态。如果|e(k)| M2，应实施较强的控制作用。控制器输出为：
u(k)=u(k-1)+k1 Kp e(k)
如果|e(k)+<M2，应实施较弱的控制作用。控制器输出为：
u(k)=u(k-1)+k2 Kp e(k)
(5)当|e(k)|<ε时，说明误差的绝对值很小，此时应加入积分，减小稳态误差。
在上面各式中,e(k)为误差e的第k个值；u(k)为控制器的第k次输出；k1、k2为增益放大系数，且0<K2<1<K1； M1、M2为设定的误差界限，且0<M2<M1；ε为任意小的正实数。
参数模糊自适应整定PID控制算法:在PID算法基础上,通过计算系统误差e和误差变化率Δe,利用模糊规则进行模糊推理,查询模糊矩阵表进行参数调整.
关于积分饱和和微分饱和
积分饱和现象：部分系统由于电路或执行机构的物理和机械性能的约束，其控制量或其变化率往往被控限制在一定范围内，若计算机给出的控制量在此范围，则控制可产生预期效果，一旦超出，则达不到预期效果。这种效果就叫“饱和效应”。在PID位置式算法中，饱和作用主要由积分项引起，又称“积分饱和”。其解决方法有,积分分离,遇限削弱积分,变速积分等。
微分饱和现象：当输入值突变时，由比例和微分算出的控制增量可能很大，但只能按照Umax输出，这样计算值信息没有执行就遗失了，这种系统的动态过程变慢，而不是超调，即微分饱和现象。可将因饱和而未能执行的增量信息积累起来，一旦有可能，再执行。这样做同时带来积分饱和现象。修正方法：根据增量的符号，决定是否继续累加，使累加器值不致过大。