pid控制器的输入输出_PID控制器的控制实现

PID控制器（Proportion Integration Differentiation.比例-积分-微分控制器），由比例单元 P、积分单元 I 和微分单元 D 组成。通过Kp， Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。本文首先介绍的是PID控制器的工作原理，其次介绍的是pid控制器的输入输出，最后介绍了PID控制器的参数整定以及PID控制器的控制实现，具体的跟随小编一起来了解一下。

PID控制器的工作原理

PID控制器广泛应用于工业过程控制。工业自动化领域的大约95％的闭环操作使用PID控制器。控制器以这样一种方式组合，即产生一个控制信号。作为反馈控制器，它将控制输出提供到所需的水平。在微处理器发明之前，模拟电子元件实现了PID控制。但是今天所有的PID控制器都是由微处理器处理的。可编程逻辑控制器也有内置的PID控制器指令。

通过使用低成本的简单开关控制器，只有两种控制状态是可能的，例如全开或全关。它用于有限的控制应用，这两个控制状态足够控制目标。然而，这种控制的振荡特性限制了其使用，因此正在被PID控制器所取代。

PID控制器保持输出，使得通过闭环操作在过程变量和设定点/期望输出之间存在零误差。PID使用三种基本的控制行为，下面将对此进行说明。

P-控制器：

比例或P-控制器给出与电流误差e（t）成比例的输出。它将期望值或设定值与实际值或反馈过程值进行比较。得到的误差乘以比例常数得到输出。如果错误值为零，则该控制器输出为零。

此控制器在单独使用时需要偏置或手动重置。这是因为它从来没有达到稳定状态。它提供稳定的操作，但始终保持稳定状态的错误。当比例常数Kc增加时，响应速度会增加。

I-控制器

由于p-控制器在过程变量和设定点之间总是存在偏差，所以需要I-控制器，这就提供了必要的动作来消除稳态误差。它集成了一段时间的误差，直到误差值达到零。它对最终控制装置的误差为零的值保持不变。

当发生负面误差时，积分控制会降低其输出。它限制了响应速度，影响了系统的稳定性。响应的速度通过减小积分增益Ki而增加。

在上图中，随着I控制器的增益减小，稳态误差也逐渐减小。对于大多数情况下，PI控制器尤其适用于不需要高速响应的场合。

当使用PI控制器，I-控制器输出被限制在一定程度的范围内，克服了积分饱和，其中积分输出的推移，即使在零误差状态增加时，由于在所述植物的非线性的条件。

d-控制器

I-控制器不具备预测错误未来行为的能力。所以一旦设定值改变，它就会正常反应。D控制器通过预测未来的错误行为来克服这个问题。其输出取决于误差相对于时间的变化率，乘以微分常数。它为输出提供启动，从而增加系统响应。

在上图中，D控制器的响应比PI控制器多，输出的建立时间也减少。它通过补偿由I控制器引起的相位滞后来提高系统的稳定性。增加微分增益会提高响应速度。

pid控制器的输入输出

输入：

被控对象的量测（被控制量）值 -- PV，也称为过程值；一般从测量单元来。

被控对象的设定值 -- SP或SV，也称为设定值；一般从操作单元来。

输出：

PID控制器的输出值 -- CO或CV或MV，也称为PID输出值；一般输出到手操器或输出卡件。

PID控制器的参数整定

PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：（1）首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；（2）仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；（3）在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。

在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。

对于温度系统：P（［%］）20--60，I（分）3--10，D（分）0.5--3

对于流量系统：P（［%］）40--100，I（分）0.1--1

对于压力系统：P（［%］）30--70，I（分）0.4--3

对于液位系统：P（［%］）20--80，I（分）1--5

参数整定找最佳，从小到大顺序查

先是比例后积分，最后再把微分加

曲线振荡很频繁，比例度盘要放大

曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳

曲线偏离回复慢，积分时间往下降

曲线波动周期长，积分时间再加长

曲线振荡频率快，先把微分降下来

动差大来波动慢。微分时间应加长

理想曲线两个波，前高后低4比1

一看二调多分析，调节质量不会低

PID控制器的控制实现

1、PID 的反馈逻辑

各种变频器的反馈逻辑称谓各不相同，甚至有类似的称谓而含义相反的情形。系统设计时应以所选用变频器的说明书介绍为准。所谓反馈逻辑，是指被控物理量经传感器检测到的反馈信号对变频器输出频率的控制极性。例如中央空调系统中，用回水温度控制调节变频器的输出频率和水泵电机的转速。冬天制热时，如果回水温度偏低，反馈信号减小，说明房间温度低，要求提高变频器输出频率和电机转速，加大热水的流量；而夏天制冷时，如果回水温度偏低，反馈信号减小，说明房间温度过低，可以降低变频器的输出频率和电机转速．减少冷水的流量。由上可见，同样是温度偏低，反馈信号减小，但要求变频器的频率变化方向却是相反的。这就是引入反馈逻辑的原由。几种变频器反馈逻辑的功能选择见表 1 。

2、打开 PID 功能

要实现闭环的 PID 控制功能，首先应将 PID 功能预置为有效。具体方法有两种：一是通过变频器的功能参数码预置，例如，康沃 CVF-G2 系列变频器，将参数 H-48 设为 O 时，则无 PID 功能；设为 1 时为普通 PID 控制；设为 2 时为恒压供水 PID 。二是由变频器的外接多功能端子的状态决定。例如安川 CIMR-G 7A 系列变频器，如图 1 所示，在多功能输入端子 Sl-S10 中任选一个，将功能码 H1-01 ～ H1-10（ 与端子 S1-S10 相对应 ） 预置为 19 ，则该端子即具有决定 PI［） 控制是否有效的功能，该端子与公共端子 SC “ ON ”时无效，“ OFF ”时有效。应注意的是．大部分变频器兼有上述两种预置方式，但有少数品牌的变频器只有其中的一种方式。

在一些控制要求不十分严格的系统中，有时仅使用 PI 控制功能、不启动 D 功能就能满足需要，这样的系统调试过程比较简单。

3、目标信号与反馈信号

欲使变频系统中的某一个物理量稳定在预期的目标值上，变频器的 PID 功能电路将反馈信号与目标信号不断地进行比较，并根据比较结果来实时地调整输出频率和电动机的转速。所以，变频器的 PID 控制至少需要两种控制信号：目标信号和反馈信号。这里所说的目标信号是某物理量预期稳定值所对应的电信号，亦称目标值或给定值；而该物理量通过传感器测量到的实际值对应的电信号称为反馈信号，亦称反馈量或当前值。 PID 控制的功能示意图见图 2 。图中有一个 PID 开关。可通过变频器的功能参数设置使 PID 功能有效或无效。 PID 功能有效时，由 PID 电路决定运行频率； PID 功能无效时，由频率设定信号决定运行频率。 PID 开关、动作选择开关和反馈信号切换开关均由功能参数的设置决定其工作状态。

4、目标值给定

如何将目标值 （ 目标信号 ） 的命令信息传送给变频器，各种变频器选择了不同的方法，而归结起来大体上有如下两种方案：一是自动转换法，即变频器预置 PID 功能有效时，其开环运行时的频率给定功能自动转为目标值给定。