PID特征曲線講解

目錄純比例作用趨勢圖的特征分析01純積分作用趨勢圖的特征分析02純微分作用趨勢圖的特征分析03PID特征曲線分析應用04前言第一頁第二頁，共19頁。

通過收集PID相關參數(shù)趨勢圖，對其進行物理意義定性分析，通過識別趨勢圖中比例、積分、微分的基本曲線特征，就可以輕松進行PID參數(shù)整定。前言第二頁第三頁，共19頁。PARTONE純比例作用趨勢圖的特征分析第三頁第四頁，共19頁。純比例作用趨勢圖的特征分析

比例作用，就是把調(diào)節(jié)器的輸入偏差乘以一個系數(shù)，作為調(diào)節(jié)器的輸出。當設定值不變的時候，調(diào)節(jié)器的輸出只與被調(diào)量的波動有關，概念性公式如下：

輸出波動=被調(diào)量波動×比例增益第四頁第五頁，共19頁。純比例作用趨勢圖的特征分析

通過概念性公式，我們可以得到如下5個輸出曲線和被調(diào)量曲線的推論：1、對于正作用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，被調(diào)量和調(diào)節(jié)器輸出頂點、谷底均發(fā)生在同一時刻。2、對于負作用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，被調(diào)量的頂點就是輸出的谷底，谷底就是輸出的頂點。3、對于正作用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，被調(diào)量的曲線上升，輸出曲線就上升；被調(diào)量曲線下降，輸出曲線就下降。兩者趨勢完全一樣。4、對于負作用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，被調(diào)量曲線和輸出曲線相反。5、波動周期完全一致。5、只要被調(diào)量變化，輸出就變化；被調(diào)量不變化，不管靜態(tài)偏差有多大，輸出也不會變化。第五頁第六頁，共19頁。純比例作用趨勢圖的特征分析

假設被調(diào)量偏高時，調(diào)門應關小，即PID為反作用。在定值有一階躍擾動時，調(diào)節(jié)器輸入偏差為－△e。此時Tout也應有一階躍量△e·（1/δ），然后被調(diào)量不變。經(jīng)過一個滯后期t2，被調(diào)量開始響應Tout。因為被調(diào)量增加，Tout也開始降低。一直到t4時刻，被調(diào)量開始回復時，Tout才開始升高。兩曲線雖然波動相反，但是圖形如果反轉(zhuǎn)，就可以看出是相似形。第六頁第七頁，共19頁。PARTTWO純積分作用趨勢圖的特征分析第七頁第八頁，共19頁。純積分作用趨勢圖的特征分析

積分相當于一個斜率發(fā)生器。啟動這個發(fā)生器的前提是調(diào)節(jié)器的輸如偏差不等于零，斜率的大小與兩個參數(shù)有關：輸入偏差的大小、積分時間。如果調(diào)節(jié)器的輸如偏差不等于零，調(diào)節(jié)器的輸出將按照一定的速度朝一個方向累加。為了分析方便，把積分作用剝離開來，進行純積分作用分析。第八頁第九頁，共19頁。純積分作用趨勢圖的特征分析單純積分作用的特性總結(jié)如下：1、輸出的升降與被調(diào)量的升降無關，與輸入偏差的正負有關。2、輸出的升降與被調(diào)量的大小無關。3、輸出的斜率與被調(diào)量的大小有關。4、被調(diào)量不管怎么變化，輸出始終不會出現(xiàn)節(jié)躍擾動。5、被調(diào)量達到頂點，輸出的變化趨勢不變，速率開始減緩。6、輸出曲線達到頂點的時候，必然是輸入偏差等于零的時候。積分作用下，輸入偏差變化的響應曲線與比例作用有很大的不同。假設被調(diào)量偏高時調(diào)門應關小，在定值有一個階躍擾動時，輸出不會作階躍變化，而是以較高的速率開始升高。第九頁第十頁，共19頁。純積分作用趨勢圖的特征分析

在t1到t2的時間內(nèi)，因為被調(diào)量不變，即輸入偏差不變，所以輸出以不變的速率上升，即呈線性上升。調(diào)節(jié)器的輸出緩慢改變，導致被調(diào)量逐漸受到影響而改變。在t2時刻，被調(diào)量開始變化時，輸入偏差逐漸減小，輸出的速率開始降低。到t3時刻，偏差為0時，輸出不變，輸出曲線為水平。然后偏差開始為正時，輸出才開始降低。到t4時刻，被調(diào)量達到頂點開始回復，但是因偏差仍舊為正，故輸出繼續(xù)降低只是速率開始減緩。直到t5時刻，偏差為0時，輸出才重新升高。第十頁第十一頁，共19頁。PARTTHREE純微分作用趨勢圖的特征分析第十一頁第十二頁，共19頁。純微分作用趨勢圖的特征分析D就是微分作用。單純的微分作用是不存在的，為了理解的方便把微分作用單獨隔離出來進行分析。一句話簡述：被調(diào)量不動，輸出不動；被調(diào)量一動，輸出馬上跳。第十二頁第十三頁，共19頁。純微分作用趨勢圖的特征分析

根據(jù)微分作用的特點，可以得出如下曲線的推論：1、微分作用與被調(diào)量的大小無關，與被調(diào)量的變化速率有關；2、與被調(diào)量的正負無關，與被調(diào)量的變化趨勢有關；3、如果被調(diào)量有一個階躍，就相當于輸入變化的速度無窮大，那么輸出會直接到最小或者最大；4、微分參數(shù)有的是一個，用微分時間表示。有的分為兩個，即微分增益和微分時間。微分增益表示輸出波動的幅度，波動后還要輸出回歸，微分時間表示回歸的快慢。5、波動調(diào)節(jié)之后，輸出還會自動拐回頭。第十三頁第十四頁，共19頁。PARTFOURPID特征曲線分析應用第十四頁第十五頁，共19頁。PID特征曲線分析應用

比例積分微分三個作用各有各的特點。比例作用：輸出與輸入曲線相似。

積分作用：只要輸入有偏差輸出就變化。微分作用：輸入有抖動輸出才變化，且會猛變化。徹底搞清楚PID的特征曲線分析后，我們再把PID組合起來進行分析。

初學的困難，就是難以區(qū)分波動曲線中，哪些因素是比例作用造成的，哪些因素是積分作用造成的。下面我們將通過PI和PID特征曲線進行分析第十五頁第十六頁，共19頁。PID特征曲線分析應用

定值有階躍擾動時，比例作用使輸出曲線Tout同時有一個階躍擾動，同時積分作用使Tout開始繼續(xù)增大。只要比例作用不是無窮大，或是積分作用不為零，從t2時刻開始，總要有一段時間是積分作用強于比例作用，使得Tout繼續(xù)升高。然后持平（t3時刻），然后降低。在被調(diào)量升到頂峰的t5時刻，同理，比例作用使Tout也達到頂點（負向），而積分作用使得最終Tout的頂點向后延時（t6時刻）。從上面的分析可以看出：判斷t6時刻的先后，或者說t6距離t5的時間，是判斷積分作用強弱的標準。第十六頁第十七頁，共19頁。PID特征曲線分析應用

增加微分功能后，調(diào)節(jié)曲線更復雜點，也更難理解點。真正掌握比例積分微分作用的特征曲線分析，將為PID參數(shù)整定問題奠定良好的基礎。T6時刻是個關鍵的時刻。此時被調(diào)量的變化開始變緩慢，微分時間使得系統(tǒng)回調(diào)收縮。微分時間越短，T6時刻越靠前，足夠短的