PID控制系统经典培训教程

PID控制经典培训教程一、引言PID控制是自动控制领域最经典、应用最广泛的一种控制策略。

PID控制器因其结构简单、稳定性好、可靠性高、易于调整等优点，在工业控制、航空航天、技术等领域有着广泛的应用。

本教程旨在帮助读者深入理解PID控制原理，掌握PID控制器的设计、参数调整和应用技巧。

二、PID控制原理PID控制器由比例（Proportional）、积分（Integral）和微分（Derivative）三个环节组成，其基本原理是根据控制对象的实际输出与期望输出之间的误差，对控制对象进行相应的调节。

1.比例控制（P）比例控制是根据误差的大小进行调节，其控制作用与误差成正比。

比例控制可以减小误差，提高系统的响应速度。

但比例控制无法消除稳态误差，可能导致系统在期望值附近波动。

2.积分控制（I）积分控制是对误差的累积进行调节，其控制作用与误差的累积成正比。

积分控制可以消除稳态误差，提高系统的稳态性能。

但积分控制可能导致系统的超调量和响应速度降低。

3.微分控制（D）微分控制是对误差的变化率进行调节，其控制作用与误差的变化率成正比。

微分控制可以提高系统的稳定性和响应速度，减小超调量。

但微分控制对噪声敏感，可能导致系统在期望值附近波动。

三、PID控制器的设计与参数调整1.确定控制对象和控制目标在设计PID控制器之前，要明确控制对象和控制目标。

控制对象是指需要进行控制的物理量，如温度、压力、位置等。

控制目标是指期望的控制对象达到的值或状态。

2.选择PID控制器类型根据控制对象的特点和控制目标的要求，选择合适的PID控制器类型。

常见的PID控制器类型有：（1）P控制器：适用于控制对象无稳态误差或稳态误差较小的情况。

（2）PI控制器：适用于控制对象有稳态误差，且对响应速度要求较高的情况。

（3）PD控制器：适用于控制对象有稳态误差，且对超调量要求较低的情况。

（4）PID控制器：适用于控制对象有稳态误差，且对超调量和响应速度都有一定要求的情况。

PID控制§ 1 PID控制简介目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。

同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。

自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。

一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。

控制器的输出经过输出接口﹑执行机构,加到被控系统上;控制系统的被控量,经过传感器,变送器,通过输入接口送到控制器。

不同的控制系统,其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。

目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。

有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。

1.1 开环控制系统开环控制系统是指被控对象的输出(被控制量)对控制器的输出没有影响。

在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。

1.2 闭环控制系统闭环控制系统的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。

闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。

1.3 阶跃响应阶跃响应是指将一个阶跃输入加到系统上时，系统的输出。

稳态误差是指系统的响应进入稳态后,系统的期望输出与实际输出之差。

控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。

稳是指系统的稳定性，一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的;准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差;快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。

经典P I D与模糊P I D 控制29695)4)(3)(1(2)(+++=s s s ss G 经典PID 与模糊PID 控制一、PID 控制规律控制输出由三部分组成：比例环节——根据偏差量成比例的调节系统控制量,以此产生控制作用,减少偏差。

比例系数的作用是加快系统的响应速度,比例系数越大,系统响应速度越快,系统的调节精度越高,但容易产生超调,甚至会导致系统的不稳定;比例系数过小,会降低系统调节精度,系统响应速度变慢,调节时间变长,系统动态、静态特性变坏。

比例控制是最简单的控制结构，然而，它也能使系统满足某一方面的特性要求，如GM 、PM 、稳态误差等。

积分环节——用于消除静差,提高系统的无差度。

积分作用的强弱取决于积分时间常数TI 的大小, TI 越小,积分作用越强。

需要注意的是积分作用过强,可能引起系统的不稳定。

微分环节——根据偏差量的变化趋势调节系统控制量,在偏差信号发生较大的变化以前,提前引入一个早期的校正注意的是微分作用过强,可能引起系统的振荡。

已知被控对象的数学模型：二、经典PID 设计由于在设计PID 控制器中要调整3个参数，根轨迹与波特图设计方法通常不被直接采用。

Ziegler 与Nichols 发展了PID 调节器设计方法。

该方法基于简单的稳定性分析方法。

首先，置0==I D K K ，然后增加比例系数直至系统开始振荡（即闭环系统极点在jw 轴上）。

再将该比例系数乘0.6，其他参数按下式计算：m P K K 6.0= m P D w Pi K K 4= Pi w K K m P I =式中，m K 为系统开始振荡时的K 值；m w 为振荡频率。

然而，该设计方法在设计过程中没有考虑任何特性要求。

但是Ziegler 与Nichols 发现这种设计方法给予过程控制器提供了好的工作性能。

工程师们的多年实践经验证明，这种设计方法的确是一种好的方法。

根据给定传递函数用SIMULINK 搭建结构图如下：起振时m K =391，如图：根据公式计算Kp 、I K 、D K 分别为234.6、276、49.8525 此时对于常数3的响应曲线如图：可见，此时系统振荡，不稳定，继续等比例调节参数得新参数65、77、14，得响应曲线：可见此时系统响应时间过长，而且存在比较大的静态误差，为了减小响应K，同时调节过程中会因参数变动时间应增大Kp，为了减小静态误差应增大I产生超调量，综合以上几点性能决定确定参数为120、300、14。

PID控制经典培训教程PID控制是一种经典的控制算法，被广泛应用于工业自动化领域。

本文将详细介绍PID控制的原理、调节方法以及实际应用案例，以帮助读者深入理解和掌握这一重要的控制技术。

第一节：PID控制原理PID控制是基于反馈原理的一种控制方法，由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个控制环节组成。

比例控制环节根据目标值与实际值之间的差异进行调节；积分控制环节用于消除偏差积累；微分控制环节则用于预测偏差变化趋势。

这三个环节合理的组合和调节可以使控制系统更加稳定、精确地达到目标。

第二节：PID参数调节方法PID控制器的性能很大程度上取决于参数的选择。

常用的PID参数调节方法主要有试验法、经验法和自整定法。

试验法通过对系统进行试验，根据试验结果调节控制参数；经验法则基于实际应用经验，通过调整比例、积分和微分参数来达到理想控制效果；自整定法是通过系统建模和频率分析等方法，自动调整PID参数以实现最佳控制性能。

第三节：PID控制应用案例PID控制在各个工业领域都有广泛的应用。

以温度控制为例，将控制对象设为温度传感器，目标温度设定值为T0。

通过实时测量温度传感器输出的实际温度值T1与设定值T0的差异，并通过PID控制器输出适当的控制信号，调节加热或冷却设备的运行状态，以维持温度稳定在设定值附近。

第四节：PID控制器改进技术虽然PID控制在很多应用中表现出色，但在某些复杂系统中可能存在一些问题。

为了克服这些问题，人们提出了许多优化PID控制器的方法。

例如，基于模糊逻辑的模糊PID控制、基于人工神经网络的神经网络PID控制等。

这些改进技术能够更好地适应不同系统的控制需求，提高控制性能。

结语：PID控制作为一种经典的控制算法，在工业自动化领域发挥着重要的作用。

通过对PID控制原理、调节方法以及应用案例的学习，读者可以更好地理解和掌握PID控制技术，进而在实际应用中进行相应的控制设计和改进。

希望本文能够对读者有所启发，为他们提供有用的参考和指导。

从小白到专家掌握PID调试技术的完全指南PID（Proportional Integral Derivative）是一种常用的控制算法，广泛应用于工业自动化领域。

在掌握PID调试技术之前，我们首先需要了解PID的基本原理和工作方式。

一、PID的基本原理PID控制器的作用是通过对系统反馈信号与设定值进行比较，计算出控制量的调节量，从而使系统稳定在设定值附近。

它由三个部分组成：比例部分（P）、积分部分（I）和微分部分（D）。

1. 比例部分（P）：根据实际偏差的大小，以一定比例作用于控制量。

具体而言，当实际偏差越大时，P部分的调节量越大。

2. 积分部分（I）：根据时间上的累积误差，以一定比例作用于控制量。

I部分的作用是消除稳态误差，使系统更加稳定。

3. 微分部分（D）：根据实际偏差的变化率，以一定比例作用于控制量。

D部分的作用是预测未来的趋势，并提前调整控制量，以减小调节过程中的超调和振荡。

二、PID调试技术的步骤掌握PID调试技术的关键在于对PID参数的调整。

下面将为您介绍一种常用的PID调试技术，以帮助您从小白逐步成为专家。

1. 初始参数设定在进行PID调试之前，首先需要对PID参数进行初始设定。

我们可以先根据经验值或者系统模型给定一个初始参数，然后再进行调整。

2. 比例增益调整将积分时间常数（Ti）和微分时间常数（Td）设置为较大的值（如Ti=10*Td=10）进行调试。

然后逐步增大比例增益（Kp），观察系统的响应。

当系统出现永久偏差时，可以通过增大Kp来减小偏差；当系统出现超调或者振荡时，可以通过降低Kp来减小超调和振荡。

3. 积分时间常数调整保持比例增益不变，逐步减小积分时间常数（Ti），观察系统的响应。

如果系统出现快速振荡或者超调，说明积分时间常数太小，可以适当增大Ti；如果系统出现较大的永久偏差，说明积分时间常数太大，可以适当减小Ti。

4. 微分时间常数调整保持比例增益和积分时间常数不变，逐步增大微分时间常数（Td），观察系统的响应。

PID控制经典培训教程PID控制经典培训教程PID控制器无疑是现代控制理论中最广泛使用的一个控制器，被广泛应用于各种自动控制系统中。

PID是指比例、积分、微分，是一个同时包含这三种控制算法的控制器。

因为PID控制器具有简单、经济、易于实现等特点，而且适用性广泛，所以它被用于许多自动化控制系统中，如温度控制、压力控制、流量控制等。

本文将对PID控制器的基本原理、特点、适用范围、参数调整等方面进行详细的介绍和讲解。

一、PID控制器的基本原理PID控制器是由比例、积分、微分三个控制算法组成的，其中比例控制的作用是根据给定的偏差信号，按照一定的比例输出控制信号；积分控制的作用是将之前的偏差信号的积累值乘以一定的系数输出控制信号；微分控制的作用是根据系统响应的变化情况，输出控制信号。

这三种控制算法通过加权平均的方式组合在一起，实现了对系统的精确控制。

比例控制是指根据偏差信号大小来输出控制信号的一种控制方式。

当系统偏差较大时，控制信号会输出较大值；当系统偏差较小时，控制信号会输出较小值。

比例控制的主要作用是对系统的稳定性进行调节，通过增加或减小控制输入信号的大小，来使系统达到稳定状态。

积分控制是指将之前的偏差信号的积累值乘以一定的系数后输出控制信号的一种控制方式。

当系统偏差较大时，积分控制的作用就会比比例控制更加明显，输出的控制信号也会更加明显；当系统偏差较小时，积分控制的作用就会相应地减弱，输出的控制信号也会随之减小。

积分控制的主要作用是消除系统稳态误差，使系统的输出值更加准确。

微分控制是指根据系统响应的变化情况输出控制信号的一种控制方式。

当系统响应变化比较快时，微分控制起到的作用就会比较显著，控制信号也会相应增加；当系统响应变化比较慢时，微分控制的作用就会相应减小，控制信号也会减小。

微分控制的主要作用是调节系统的响应速度，快速响应系统状态的变化。

二、PID控制器的特点①PID控制器对系统的参数变化具有较强的鲁棒性。

由入门到精通－吃透PID２．０版(原创连载)友情提示：承蒙网友的厚爱，见到有些网友把此帖转帖，谢谢！希望大家在转贴的时候注明作者：焦作华润白志刚。

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再次感谢！目录第一章自动调节系统的发展历程1-1 中国古代的自动调节系统1-2 指南车的可行性分析1-3 没有控制理论的世界1-4 负反馈1-5 控制论1-6 PID1-7 再说负反馈1-8 IEEE1-9 著作里程碑1-10 调节器1-11 再说PID1-12 怎样投自动1-13 观察哪些曲线第二章吃透PID2-1 几个基本概念2-2 P——纯比例作用趋势图的特征分析2-3 I—— 纯积分作用趋势图的特征分析2-4 D——纯微分作用趋势图的特征分析2-5 比例积分作用的趋势特征分析2-6 比例积分微分作用的趋势特征分析2-7 整定参数的几个原则2-8 整定比例带2-9 整定积分时间2-10 整定微分时间2-11 比例积分微分综合整定2-12 自动调节系统的质量指标2-13 整定系统需要注意的几个问题2-14 整定参数的几个认识的误区2-15趋势读定法整定口诀2-16 其它先进控制方法简介2-17 先进控制思想2-18 再说智能控制2-19 自动调节漫谈2-20 电脑作诗机第三章火电厂自动调节系统3-1 火电厂自动调节系统的普遍特点3-2 自动调节系统的构成3-3 自动调节系统的跟踪3-4 高低加水位自动调节系统一、基本控制策略二、自平衡能力三、随动调节系统四、对于系统耦合的解决办法五、几个问题：六、偏差报警与偏差切除3-5 汽包水位调节系统一、任务与重要性二、锅炉汽包三、虚假水位四、汽包水位的测量五、影响汽包水位测量波动的因素六、汽包供需平衡对汽包水位的影响七、制定控制策略八、捍卫“经典“九、正反作用与参数整定十、特殊问题的处理方法十一、变态调节十二、三取中还是三平均3-6 过热器温度调节系统一、迟延与惯性二、重要性三、干扰因素四、一级减温水调节系统五、导前微分自动调节系统六、导前微分系统的参数整定七、串级调节系统八、串级调节系统的参数整定九、修改控制策略，增加抑制干扰能力十、变态调节方案3-6主汽压力一、重要性二、干扰因素三、直接能量平衡公式四、间接能量平衡五、控制策略六、参数整定3-7协调一、重要性一、干扰因素二、机跟炉三、参数整定四、炉跟机五、参数整定六、负荷前馈七、压力前馈八、耦合与解耦九、特殊解耦十、一次调频十一、AGC3-8 磨煤机优化燃烧绪言杨过出了一会神，再伸手去会第二柄剑，只提起数尺，呛□一声，竟然脱手掉下，在石上一碰，火花四溅，不禁吓了一跳。

浙大中控培训课件工程常用pid参数整定方法一些常用的PID参数整定方法的概述，供你参考。

PID控制是一种常用的工程控制方法，用于调节系统的输出值以使其接近所需的设定值。

PID控制器通过调整三个主要参数来实现控制：比例系数（P）、积分时间（I）和微分时间（D）。

以下是一些常见的PID参数整定方法：经验法：这是一种基于经验和实践的方法，根据系统的特性和操作经验来选择PID参数。

根据系统的响应速度、稳定性和超调量等因素，通过试错和调整，逐步改进参数设置。

Ziegler-Nichols方法：这是一种经典的PID参数整定方法，通过系统的临界增益和周期来确定参数。

首先，增加比例系数，直到系统出现振荡。

然后，测量振荡的周期，并使用特定的公式计算出合适的PID参数。

Cohen-Coon方法：这是另一种常见的PID参数整定方法，适用于一阶和二阶过程。

该方法通过测量系统的时间常数和阻尼比来计算合适的PID 参数。

自整定方法：一些先进的控制器具有自整定功能，可以根据系统的响应自动调整PID参数。

这些方法通常基于模型预测控制或优化算法，可以更快地找到最佳参数。

在实际应用中，PID参数整定是一个复杂的过程，需要结合具体的系统特性和控制要求。

实践中，可能需要进行多次试验和调整来获得最佳的PID参数设置。

此外，还可以借助计算机模拟和数学建模等工具来辅助参数整定过程。

提供一个基本的伪代码示例，以展示如何进行PID参数整定：# 定义PID控制器参数double Kp = 0; # 比例系数double Ki = 0; # 积分时间double Kd = 0; # 微分时间# 定义控制误差和误差积分项double error = 0;double integral = 0;double previous_error = 0;# 定义目标值和当前值double setpoint = 0;double current_value = 0;# 定义控制器输出double output = 0;# PID参数整定while (条件满足) {# 计算误差error = setpoint - current_value;# 计算误差积分项integral = integral + error;# 计算误差变化率double derivative = error - previous_error;# 计算控制器输出output = Kp * error + Ki * integral + Kd * derivative;# 更新先前误差previous_error = error;# 更新当前值# 应用控制器输出}以上示例是一个简化的伪代码，具体的实现方式可能因编程语言和所使用的控制器而有所不同。