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PID控制原理和PID控制器參數對控制性能的影響
閱讀：323 發布時間：2020-8-125.1 PID控制原理
常規連續系統中，PID控制器對輸入的誤差信號進行比例、積分和微分運算，從而 給出控制信號。PID控制是一種簡單有效的控制算法，魯棒性（穩定性）強，對動態過 程無需知道太多便可以達到比較滿意的控制效果，正好適合爬行的ADAMS仿真模型。 圖5.2中整個框內是個為PID控制器，，PID控制器的輸出值_取決于系統給定值咐 和系統輸出值的偏差eW、偏差的積分、偏差的微分的線性加權組合。
5.2 PI D控制器參數對控制性能的影響
5.2.1 比例控制rKp；對控制性能的影響
在連續控制中，比例控制器是的一種，其輸出值隨輸入值成比例變化。
由式5.4可以看出，比例控制器始終產生一個與輸入信號成正比的輸出值。輸入信 號即為系統的被調量與給定值的偏差心故若偏差存在，比例控制器就有相應的控制作用 輸出至被控對象，使偏差減少，從而抑制干擾的影響。
但是比例控制存在一個缺點就是：不能克服靜態誤差。比例控制作用是以偏差的存 在為前提的，一旦偏差不存在，比例控制器的輸出值則為零。 5.2.2積分控制m ；對控制性能的影響在連續控制中，積分控制是保證系統控制無靜態誤差的關鍵。對于積分控制器，其 輸出值與輸入值的積分成正比。假設為控制器的輸出，為控制器的輸入，7}為積 分時間常數，則積分控制器的表達式為：
積分控制器的輸出值與輸入值的積分成正比，因此只要有輸入值存在，其輸出值就 會不斷加強直到克服干擾為止。被調控量的偏差消失以后，由于積分規律的特點，輸出 將停留在新的位置而不復回原位，因而能保證控制靜態誤差為零。
單純的積分控制器控制動作緩慢，在改善靜態準確度的同時使控制的動態品質變差， 過度過程時間延長，甚至造成系統不穩定。在實際工業中，不能單獨使用，必須和比例 控制結合使用。積分作用和比例作用是相對的，當比例作用弱的時候，積分作用也必須 得減弱，積分作用是輔助比例作用進行調節的。
比例積分控制存在缺點：由于PI控制不適合具有滯后性的控制對象；相對與比例控 制響應速度變慢，穩定性變差；會存在積分過飽和現象導致控制器調節出現偏差；參數 整定時困難增加。
5.2.3微分控制(Td)對控制性能的影響
微分控制的主要作用是改善系統的動態性能，對于微分控制器，其輸出值與輸入值 的微分成正比。假設vW為控制器的輸出，e的為控制器的輸入，h為微分時間常數，則 微分控制器的時間表達常數為：
微分控制器的輸出與輸入的變化率成正比，因此微分控制器能在輸入信號出現或者 變化的瞬間，根據變化的趨勢產生輸出作用。若輸入的信號為系統偏差信號，則微分作 用能將偏差盡快消除。
單純的微分控制器對靜態偏差也沒有抑制力，不能單獨使用，要和比例控制或者比 例積分控制結合起來使用，變成比例微分控制或者比例積分微分控制。
PD調節器在調節系統偏差時，能夠快速達到理想值，使系統在短的時間內得 到強化調節，可調節靜態偏差，適用于大滯后環節；PID控制器結合了 PD調節器的 快速性和PI調節器的無靜差（精確定位）特點，達到了比較高的調節質量。
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