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閑談PID控制 [復制鏈接]

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樓主
發表于 2012-9-10 09:21:17 |只看該作者 |倒序瀏覽
最近我在做一個項目中有PID控制,就搜了些網上的文章,來學習。
發現網上的文章,很多公式都是錯誤的,有的居然連位置式和增量式都故意搞了很多區別,甚至影響控制性能。
我雖是自動化專業,但做這方面很少,于是抱著學習的想法,說說自己的認識,也和大家交流下。


PID的所謂位置式和增量式的,從控制算法上看,沒有本質區別。
Out[k] = Out[k-1] + delta;
delta = P*E+I*ξE+D*de
如果看輸出的Out值,就是位置式的,如果看delta就是增量式的。

實際應用中有又位置式和增量式,
有的執行有記憶特性,就是增量式的,如步進電機
有的執行機構,沒有記憶性,就是位置式的,如加熱

我們的口號是:“不跑氣,不放氣”
博客:
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沙發
發表于 2012-9-10 09:21:54 |只看該作者
P = kp * e(n);
I = Ki *( e(n) + e(n-1) + e(n-2) );
D = Kd * ( e(n)-e(n-1) );

P比較簡單,不再贅述
I是積分項,對應幾個離散誤差累計,根據需要而定,誤差的累計個數本質是積分周期的體現
D是微分項,一般使用最近2次的誤差之差,也有使用e(n) - e(n-2)的情況

PID = P + I + D;
輸出控制信號 U(n) = U(n-1) + PID;
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板凳
發表于 2012-9-12 09:37:55 |只看該作者
PID的變種

標準PID可能無法實現滿意的控制,此時就要變種,比如模糊控制。

最簡單的模糊控制,是分段式的,每一段使用不同的PID參數。

有人的加熱控制,在初始階段只是用比例環節,以提高響應速度,到離目標溫度較近時再采用PID三個環節一起上,本質上也是分段PID,就是低溫段Ki和Kd的值為0

但簡單的分段式,對于變化較大的系統,有時仍不能滿足需要,這時可以用PID動態整定
關于PID整定的話題,我們后面討論,這里先說下動態整定。
在溫度控制中,對PID的參數,進行動態調整,相當于一個控制cycle中有幾千幾萬次的整定。這樣可以隨時使用最佳的PID參數,畢竟整個cycle整定出來的PID參數不一定適合于所有的控制階段。
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地板
發表于 2012-9-12 15:48:29 |只看該作者
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地下室
發表于 2012-9-12 21:09:33 |只看該作者
2.JPG        1.JPG


上面2個圖是爐溫控制系統的仿真
仔細看一下,這2張圖的區別,PID參數的Ki做了改變。
有個有趣的現象,積分環節越大,震蕩的幅度越大,收斂得越慢。

在加熱溫度控制系統中,積分環節的增大不但無法加快收斂,反而會有想反的效果。
實際應用中,很多人遇到了此問題,很多人采用變種PID解決掉了,但追究問題的來源。

加熱系統是個單向溫度控制系統,也就是只能主動加熱,而降溫只能靠被動散熱。
加熱的升溫是很快的,而自然散熱就很慢了,否則鍋爐的熱效率不太低了。
所以加熱的溫控系統,在溫度穩定后,誤差也基本是正誤差,而非負誤差。
看上面的2張圖,后面的阻尼振蕩的收斂過程,是不是基本在設定溫度上方擺動。

細心的你應該發現了,好像溫度的超調幾乎是無可避免的。
沒錯,我是故意把這個問題暴露出來的。
實際的控制系統中,也經常有這個現象,而這來源于一個加熱熱量的傳遞過程,還有溫度測量傳感器的反應速度。
這個測試的是純粹的PID計算,無法避免超調就很正常了。

當我們找到了問題的源頭,解決起來就好辦多了。


PID之所以變種,是因為它不滿足需求了。
如果找到了PID無法控制系統于指定的穩定范圍的根源,PID變種的方法選擇自然就明確了。
ydy1034 (離線)
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發表于 2012-11-11 20:36:03 |只看該作者
學習了,PID真是簡單也不簡單
controx (離線)
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發表于 2012-11-15 17:11:21 |只看該作者
謝謝
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