PID調(diào)整參數(shù)與過(guò)程控制演示文稿

PID調(diào)整參數(shù)與過(guò)程控制演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)優(yōu)選PID調(diào)整參數(shù)與過(guò)程控制目前二頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)授課內(nèi)容：

自動(dòng)控制原理的一般概念控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)

P、I、D在控制系統(tǒng)中的作用

PID參數(shù)整定方法目前三頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)1自動(dòng)控制規(guī)律的一般概念所謂自動(dòng)控制，就是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用控制器使被控對(duì)象(如機(jī)器、設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程)的某些物理量(或工作狀態(tài))能自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律變化(或運(yùn)行)。完成這一過(guò)程的所有元件與裝置組成的整體就稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代數(shù)字計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，為自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景。使它不僅大量應(yīng)用于空間技術(shù)、科技、工業(yè)、交通管理、環(huán)境衛(wèi)生等領(lǐng)域，而且它的概念和分析問(wèn)題的方法也向其他領(lǐng)域滲透。例如政治、經(jīng)濟(jì)、教學(xué)等領(lǐng)域中的各種體系；人體的各種功能；自然界中的各種生物學(xué)系統(tǒng)，都可視為是一種控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用不僅能使生產(chǎn)設(shè)備或過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質(zhì)量，改善了勞動(dòng)條件。目前四頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí),控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹑輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過(guò)輸出接口﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹐加到被控系統(tǒng)上﹔控制系統(tǒng)的被控量﹐經(jīng)過(guò)傳感器﹐變送器﹐通過(guò)輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)﹐其傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。

目前五頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)自動(dòng)控制是一門(mén)理論性很強(qiáng)的科學(xué)技術(shù)，一般泛稱為“自動(dòng)控制技術(shù)”。把實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制所需的各個(gè)部件按一定的規(guī)律組合起來(lái)，去控制被控對(duì)象，這個(gè)組合體叫做“控制系統(tǒng)”。分析與綜合控制系統(tǒng)的理論稱之為“控制理論”。自動(dòng)控制系統(tǒng)的種類(lèi)較多，被控制的物理量有各種各樣，如溫度、壓力、流量、電壓、轉(zhuǎn)速、位移和力等。組成這些控制系統(tǒng)的元、部件雖然有較大的差異，但是系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)卻相類(lèi)同，且一般都是通過(guò)機(jī)械、電氣、液壓等方法代替人工控制。目前六頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)1.1、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)(open-loopcontrolsystem)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量)對(duì)控制器(controller)的輸出沒(méi)有影響。在這種控制系統(tǒng)中,不依賴將被控量反送回來(lái)以形成任何閉環(huán)回路。

目前七頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)1.2、閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loopcontrolsystem)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來(lái)影響控制器的輸出,形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋,若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反,則稱為負(fù)反饋(NegativeFeedback),若極性相同,則稱為正反饋,一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋,又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng),眼睛便是傳感器,充當(dāng)反饋,人體系統(tǒng)能通過(guò)不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒(méi)有眼睛,就沒(méi)有了反饋回路,也就成了一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。另例,當(dāng)一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈,并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源,它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。目前八頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)一個(gè)典型的反饋控制系統(tǒng)基本組成可以用圖1.9所示方塊圖表示。將組成系統(tǒng)的元件按在系統(tǒng)中的職能來(lái)劃分，主要有以下幾種。目前九頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)(1)給定元件：給出與期望輸出對(duì)應(yīng)的輸入量。(2)比較元件：求輸入量與反饋量的偏差，常采用集成運(yùn)放來(lái)實(shí)現(xiàn)。(3)放大元件：由于偏差信號(hào)一般都較小，不足以驅(qū)動(dòng)負(fù)載，故需要放大元件，包括電壓放大及功率放大。(4)執(zhí)行元件：直接推動(dòng)被控對(duì)象，使輸出量發(fā)生變化。常用的有電動(dòng)機(jī)、閥、液壓馬達(dá)等。(5)測(cè)量元件：檢測(cè)被控的物理量并轉(zhuǎn)換為所需要的信號(hào)。在控制系統(tǒng)中常用的有用于速度檢測(cè)的測(cè)速發(fā)電機(jī)、光電編碼盤(pán)等，用于位置與角度檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)變壓器、自整機(jī)等，用于電流檢測(cè)的互感器及用于溫度檢測(cè)的熱電偶等。這些檢測(cè)裝置一般都將被檢測(cè)的物理量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的連續(xù)或離散的電壓信號(hào)。(6)校正元件：也叫補(bǔ)償元件，是結(jié)構(gòu)與參數(shù)便于調(diào)整的元件，以串聯(lián)或反饋的方式聯(lián)接在系統(tǒng)中，完成所需的運(yùn)算功能，以改善系統(tǒng)的性能。目前十頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)同時(shí)滿足疊加性與均勻性(又稱為齊次性)的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)。所謂疊加性是指當(dāng)幾個(gè)輸入信號(hào)共同作用于系統(tǒng)時(shí)，總的輸出等于每個(gè)輸入單獨(dú)作用時(shí)產(chǎn)生的輸出之和；均勻性是指當(dāng)輸入信號(hào)增大若干倍時(shí)，輸出也相應(yīng)增大同樣的倍數(shù)。對(duì)于線性連續(xù)控制系統(tǒng)，可以用線性常系數(shù)的微分方程來(lái)表示。目前十一頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)目前十二頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)

不滿足疊加性與均勻性的系統(tǒng)即為非線性控制系統(tǒng)。顯然，系統(tǒng)中只要有一個(gè)元件的特性是非線性的，該系統(tǒng)即為非線性的控制系統(tǒng)。其特性要用非線性的微分或差分方程來(lái)描述。這類(lèi)方程的特點(diǎn)是系數(shù)與變量有關(guān)，或者方程中含有變量及其導(dǎo)數(shù)的高次冪或乘積項(xiàng)。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，實(shí)際中不存在線性系統(tǒng)，因?yàn)閷?shí)際的物理系統(tǒng)總是具有不同程度的非線性，例如放大器的飽和特性、齒輪的間隙、電機(jī)的死區(qū)及摩擦特性等。非線性控制系統(tǒng)的研究目前還沒(méi)有統(tǒng)一的方法。但對(duì)于非線性程度不太嚴(yán)重的系統(tǒng)，可在一定范圍內(nèi)將其近似為線性系統(tǒng)。目前十三頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)1.3控制系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)及性能指標(biāo)

任何一個(gè)穩(wěn)定的線性控制系統(tǒng)，在輸入信號(hào)作用下的時(shí)間響應(yīng)都由動(dòng)態(tài)響應(yīng)(或瞬態(tài)響應(yīng)、暫態(tài)響應(yīng))和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)兩部分組成。動(dòng)態(tài)響應(yīng)描述了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，而穩(wěn)態(tài)響應(yīng)反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。兩者都是線性控制系統(tǒng)的重要性能。因此，在對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須同時(shí)給予滿足。

1.3.1.動(dòng)態(tài)響應(yīng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)又稱瞬態(tài)響應(yīng)或過(guò)渡過(guò)程，指系統(tǒng)在輸入信號(hào)作用下，系統(tǒng)從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)的響應(yīng)過(guò)程。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)選擇情況，動(dòng)態(tài)響應(yīng)表現(xiàn)為衰減、發(fā)散或等幅振蕩幾種形式。顯然，一個(gè)實(shí)際運(yùn)行的控制系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)必須是衰減的，也就是說(shuō)，系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的。動(dòng)態(tài)響應(yīng)除提供系統(tǒng)穩(wěn)定性的信息外，還可以提供響應(yīng)速度及阻尼情況等運(yùn)動(dòng)信息，這些運(yùn)動(dòng)信息用動(dòng)態(tài)性能來(lái)描述。目前十四頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)1.3.2.穩(wěn)態(tài)響應(yīng)如果一個(gè)線性系統(tǒng)是穩(wěn)定的，那么從任何初始條件開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間就可以認(rèn)為它的過(guò)渡過(guò)程已經(jīng)結(jié)束，進(jìn)入了與初始條件無(wú)關(guān)而僅由外作用決定的狀態(tài)，即穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。所以穩(wěn)態(tài)響應(yīng)是指當(dāng)t趨于無(wú)窮大時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)表征系統(tǒng)輸出量最終復(fù)現(xiàn)輸入量的程度，提供系統(tǒng)有關(guān)穩(wěn)態(tài)誤差的信息，用穩(wěn)態(tài)性能來(lái)描述。由此可見(jiàn)，線性控制系統(tǒng)在輸入信號(hào)作用下的性能指標(biāo)，通常由動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能兩部分組成。

1.3.3穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)是表征控制系統(tǒng)準(zhǔn)確性的性能指標(biāo)，是一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)，通常用穩(wěn)態(tài)下輸出量的期望值與實(shí)際值之間的差來(lái)衡量，稱為穩(wěn)態(tài)誤差。如果這個(gè)差是常數(shù)，則稱為靜態(tài)誤差，簡(jiǎn)稱靜誤差或靜差。穩(wěn)態(tài)誤差是系統(tǒng)控制精度或抗擾動(dòng)能力的一種度量。目前十五頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)1.3.4動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)一個(gè)控制系統(tǒng)除了穩(wěn)態(tài)控制精度要滿足一定的要求以外，對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)過(guò)程也要滿足一定的要求，這些要求表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。不穩(wěn)定系統(tǒng)沒(méi)有實(shí)用價(jià)值，因此不需要研究其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。一般認(rèn)為，階躍輸入對(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是最嚴(yán)峻的工作狀態(tài)。如果系統(tǒng)在階躍函數(shù)作用下的動(dòng)態(tài)性能滿足要求，那么系統(tǒng)在其他形式的函數(shù)作用下，其動(dòng)態(tài)性能也是令人滿意的。因此在大多數(shù)情況下，為了分析研究方便，最常采用的典型輸入信號(hào)是單位階躍函數(shù)，并在零初始條件下進(jìn)行研究。也就是說(shuō)，在輸入信號(hào)加上之前，系統(tǒng)的輸出量及其對(duì)時(shí)間的各階導(dǎo)數(shù)均等于零。描述穩(wěn)定的系統(tǒng)在單位階躍函數(shù)作用下，動(dòng)態(tài)過(guò)程隨時(shí)間t的變化狀況的指標(biāo)稱為動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。線性控制系統(tǒng)在零初始條件和單位階躍信號(hào)輸入下的響應(yīng)過(guò)程曲線稱為系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。典型形狀如圖3.1所示。各項(xiàng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)也示于圖中。目前十六頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)(1)延遲時(shí)間dt：指響應(yīng)曲線第一次達(dá)到其穩(wěn)態(tài)值一半所需的時(shí)間，記作dt；(2)上升時(shí)間rt：指響應(yīng)曲線首次從穩(wěn)態(tài)值的10%過(guò)渡到90%所需的時(shí)間；對(duì)于有振蕩的系統(tǒng)，亦可定義為響應(yīng)曲線從零首次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間，記作rt。上升時(shí)間是系統(tǒng)響應(yīng)速度的一種度量。上升時(shí)間越短，響應(yīng)速度越快；(3)峰值時(shí)間pt：指響應(yīng)曲線第一次達(dá)到峰點(diǎn)的時(shí)間，記作pt；(4)調(diào)節(jié)時(shí)間st：指響應(yīng)曲線最后進(jìn)入偏離穩(wěn)態(tài)值的誤差為±5%(也有取±2%)的范圍并且不再越出這個(gè)范圍的時(shí)間，記作st；(5)超調(diào)量ó%：對(duì)于圖3.1所示的振蕩性的響應(yīng)過(guò)程，響應(yīng)曲線第一次越過(guò)穩(wěn)態(tài)值達(dá)到峰值時(shí)，越過(guò)部分的幅度與穩(wěn)態(tài)值之比稱為超調(diào)量，記作%ó

，即式中c(∞)表示響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值，cmax=c(tp)表示峰值。目前十七頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)

上述五個(gè)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，基本上可以體現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的特征。在實(shí)際應(yīng)用中，常用的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)多為上升時(shí)間、調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。通常用上升時(shí)間或峰值時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的響應(yīng)速度；用超調(diào)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)的阻尼程度；而調(diào)節(jié)時(shí)間是同時(shí)反映響應(yīng)速度和阻尼程度的綜合性指標(biāo)。目前十八頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)2、PID=ProportionIntegrationDifferentiation

按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)稱為pid調(diào)節(jié)器，是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器。Pid調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)易于調(diào)整，在長(zhǎng)期應(yīng)用中已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。特別在工業(yè)過(guò)程中，由于控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型難以建立，系統(tǒng)的參數(shù)又經(jīng)常發(fā)生變化，運(yùn)用現(xiàn)代控制理論分析綜合要耗費(fèi)很大代價(jià)進(jìn)行模型辨識(shí)，但往往不能得到預(yù)期的效果，所以人們常采用PID調(diào)節(jié)器，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行在線整定。由于軟件系統(tǒng)的靈活性，PID算法可以得到修正而更加完善。2.1模擬PID調(diào)節(jié)器

PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將設(shè)定值w與實(shí)際輸出值y進(jìn)行比較構(gòu)成控制偏差

e=w–y并將其比例、積分、微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量（如圖4-11-1所示），所以簡(jiǎn)稱為PID調(diào)節(jié)器。目前十九頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)

在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)對(duì)象的特性和控制要求，也可靈活的改變其結(jié)構(gòu)，取其中一部分環(huán)構(gòu)成控制規(guī)律。例如，P調(diào)節(jié)器、PI調(diào)節(jié)器、PID調(diào)節(jié)器等。目前二十頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)1）比例調(diào)節(jié)器比例調(diào)節(jié)器是最簡(jiǎn)單的一種調(diào)節(jié)器，其控制規(guī)律為

u=Ke+u0(1-1)式中，K為比例系數(shù)，u0為控制量的基準(zhǔn)，也就是e=0時(shí)的控制作用（閥門(mén)起始開(kāi)度基準(zhǔn)電平信號(hào)等）。圖4-2顯示了比例調(diào)節(jié)器對(duì)于偏差階躍變化的時(shí)間響應(yīng)。目前二十一頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)

比例調(diào)節(jié)器對(duì)于偏差e是即時(shí)反應(yīng)的，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用使被控量朝著減小偏差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決與比例系數(shù)K。比例調(diào)節(jié)器雖然簡(jiǎn)單快速，但對(duì)于具有自平衡性（及系統(tǒng)階躍相應(yīng)終值為有限值）的控制對(duì)象存在靜差。加大比例系數(shù)K可以減小靜差，但當(dāng)K過(guò)大時(shí)，會(huì)使動(dòng)態(tài)質(zhì)量變壞，引起被控量振蕩甚至導(dǎo)致閉環(huán)不穩(wěn)定。2）比例積分調(diào)節(jié)器為了消除在比例調(diào)節(jié)中殘存的靜差，可在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加積分調(diào)節(jié)，形成比例積分調(diào)節(jié)器，其控制規(guī)律為

u=K(e+1/Ti∫edi)+u01-2

式中，Ti為積分時(shí)間。目前二十二頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)

從圖4-3可看出PI調(diào)節(jié)器對(duì)于偏差的階躍響應(yīng)除按比例變化的成分外，還帶有累積的成分。只要偏差e不為零，它將通過(guò)累積作用影響控制量u，并減小偏差，直至偏差為零，控制作用不再變化，系統(tǒng)才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)。因此，積分環(huán)節(jié)的加入將有助于消除系統(tǒng)的靜差。目前二十三頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)

顯然，如果積分時(shí)間Ti大，則積分作用弱；反之，則積分作用強(qiáng)。增大Ti將減慢消除靜差的過(guò)程，但可減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性。Ti必須根據(jù)對(duì)象特性選定，對(duì)于管道壓力、流量等滯后不大的對(duì)象，Ti可選的小一些；對(duì)溫度等滯后較大的對(duì)象，Ti可選的大一些。目前二十四頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)3）比例積分微分調(diào)節(jié)器積分調(diào)節(jié)作用的加入，雖然可以消除靜差，但花出的代價(jià)是降低了響應(yīng)速度。為了加快控制過(guò)程，有必要在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，不但對(duì)偏差量做出即時(shí)反應(yīng)（即比例調(diào)節(jié)作用），而且對(duì)偏差量的變化作出反應(yīng)，或者說(shuō)按偏差變化的趨向進(jìn)行控制，使偏差消滅與萌芽狀態(tài)之中。微分作用對(duì)偏差的任何變化都產(chǎn)生一控制作用，以調(diào)整系統(tǒng)輸出，阻止偏差的變化越快，ud越大，反饋校正量則越大。故微分作用的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。它加快了系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。為了達(dá)到之一目的,可以在上述PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再加入微分調(diào)節(jié)以得到PID調(diào)節(jié)器的如下控制規(guī)律目前二十五頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)在工業(yè)過(guò)程控制中，模擬PID調(diào)節(jié)器有電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等多種類(lèi)型。這類(lèi)模擬調(diào)節(jié)儀表是用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)規(guī)律的。自從計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以來(lái)，用計(jì)算機(jī)軟件（包括PLC的指令）來(lái)實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)算法不但成為可能，而且具有更大的靈活性。目前二十六頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)2.2數(shù)字PID控制算法

由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，因此式（1-3）中的積分和微分項(xiàng)不能直接準(zhǔn)確計(jì)算，只能用數(shù)值計(jì)算的方法逼近。在采樣時(shí)刻t=iT(T為采樣周期)，（1-3）所表示的PID調(diào)節(jié)規(guī)律可通過(guò)數(shù)值公式

ui=K(ei+T/Ti∑ej+ Td/T（ei-ei-1）)+u0(1-4)

近似計(jì)算。如果采樣周期T取得足夠小，這種逼近可相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過(guò)程與連續(xù)控制過(guò)程身份接近，我們把這種情況稱為“準(zhǔn)連續(xù)控制”。目前二十七頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)2.3PID調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇

在選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)前，應(yīng)首先確定調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以保證被控系統(tǒng)的穩(wěn)定，并盡可能消除靜差。因此，對(duì)于有自平衡性的對(duì)象來(lái)說(shuō)，應(yīng)選擇包含積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器（I,PI或PID調(diào)節(jié)器）；而對(duì)于無(wú)自平衡性的對(duì)象，則應(yīng)選擇不包含積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器（P,PD調(diào)節(jié)器）。對(duì)于某些有自平衡性的對(duì)象，也可以選擇比例或比例微分調(diào)節(jié)器，但這時(shí)會(huì)產(chǎn)生靜差，如果選擇合適的比例系數(shù)，可以使系統(tǒng)靜差保持在允許的范圍內(nèi)。對(duì)于具有純滯后性質(zhì)的對(duì)象，則往往應(yīng)加入微分環(huán)節(jié)。目前二十八頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)PID參數(shù)可以用理論方法獲得，也可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得。用理論方法獲得的前提是要有被控對(duì)象的準(zhǔn)確模型，這在工業(yè)過(guò)程中一般較難做到，即使花了很大代價(jià)進(jìn)行系統(tǒng)的辨識(shí)，所得的模型也只是近似的，加上系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)都在隨時(shí)間變化，在近似模型基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的最優(yōu)控制器在實(shí)際過(guò)程中就很難說(shuō)是最優(yōu)的。因此，在工程上PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)常常通過(guò)實(shí)驗(yàn)試湊來(lái)確定。目前二十九頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)P、I、D在控制系統(tǒng)中的作用：增大比例系數(shù)K，一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，有靜差的情況下有利于減小靜差?？刂谱饔玫膹?qiáng)弱取決于比例系數(shù)K。但過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生震蕩，使穩(wěn)定型變壞。增大積分時(shí)間Ti，有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差的消除將隨之減慢。增大為分時(shí)間Td,亦有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)減小，克服震蕩，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的控制能力減弱，對(duì)擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)。目前三十頁(yè)\總數(shù)三十四頁(yè)\編于十五點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)試湊法確定PID參數(shù)的步驟：

比例部分為了減少試湊次數(shù)，可利用在選PID參數(shù)時(shí)已取得的經(jīng)驗(yàn)，把P定在某一范圍內(nèi)，將調(diào)節(jié)器選為純比例系數(shù)，使系統(tǒng)對(duì)信號(hào)輸入的響應(yīng)達(dá)到臨界振蕩狀態(tài)（穩(wěn)定邊緣）。具體做法為：首先去掉PID的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，一般是令Ti=0、Td=0使PID為純比例調(diào)節(jié)。將比例系數(shù)由小到大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。由0逐漸加大比例增益P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過(guò)來(lái)，從此時(shí)的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時(shí)的比例增益P如果系統(tǒng)沒(méi)有靜差或靜差已經(jīng)小到允許的范圍內(nèi)，并且已經(jīng)滿意，那么只需用