PID控制器的調諧方法和結構

PID控制器的調諧方法

在進行PID控制器工作之前，必須對其進行調整以適應要控制的過程的動態。設計者給出P，I和D項的默認值，這些值不能給出期望的性能，有時會導致不穩定性和緩慢的控制性能。開發了不同類型的調節方法來調節PID控制器，並且需要操作人員的大量關注以選擇比例，積分和微分增益的最佳值。其中一些在下面給出。

試驗和錯誤方法：這是一種簡單的PID控制器調整方法。當系統或控制器正在工作時，我們可以調整控制器。在這種方法中，首先我們必須將Ki和Kd值設置為零，並增加比例項（Kp），直到系統達到振蕩行為。一旦振蕩，調整Ki（積分項），使振蕩停止，最後調整D以獲得快速響應。

過程反應曲線技術：這是一種開環調整技術。當步驟輸入應用於系統時，它會產生響應。最初，我們必須手動將一些控制輸出應用於系統，並且必須記錄響應曲線。

之後，我們需要計算曲線的斜率，死區時間，上升時間，最後用P，I和D方程代替這些值，得到PID項的增益值。

Zeigler-Nichols方法： Zeigler-Nichols提出了用於調節PID控制器的閉環方法。這些是連續循環法和阻尼振蕩法。這兩種方法的程序是相同的，但振蕩行為是不同的。在這裡，首先我們必須設置p-控制器常數Kp為特定值，而Ki和Kd值為零。比例增益增加，直到系統以恆定幅度振蕩。

系統產生恆定振蕩的增益稱為最終增益（Ku），振蕩周期稱為極限周期（Pc）。一旦達到，我們就可以通過Zeigler-Nichols表在PID控制器中輸入P，I和D的值，取決於像P，PI或PID這樣的控制器，如下所示。

PID控制器結構

PID控制器由三部分組成，即比例，積分和微分控制。這三個控制器的組合操作為過程式控制制提供了控制策略。PID控制器操縱過程變數，如壓力，速度，溫度，流量等。某些應用程序在級聯網路中使用PID控制器，其中使用兩個或多個PID來實現控制。

上圖顯示了PID控制器的結構。它由一個PID塊組成，它將輸出輸出到過程塊。過程/工廠由最終控制設備組成，如執行器，控制閥和其他控制設備，以控制工業/工廠的各種過程。

將來自過程工廠的反饋信號與設定點或參考信號u（t）進行比較，並將相應的誤差信號e（t）饋送給PID演算法。根據演算法中的比例積分和微分控制計算，控制器產生組合的響應或控制的輸出，應用於工廠控制設備。

所有的控制應用程序不需要全部三個控制元素。PI和PD控制等組合經常用於實際應用中。

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