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PID的数学模型

在工业应用中PID及其衍生算法是应用最广泛的算法之一,是当之无愧的wanneng算法,如果能够熟练掌握PID算法的设计与实现过程,对于一般的研发人员来讲,应该是足够应对一般研发问题了,而难能可贵的是,在很多控制算法当中,PID控制算法又是最简单,最能体现反馈思想的控制算法,可谓经典中的经典。
经典的未必是复杂的,经典的东西常常是简单的,而且是最简单的。



PID算法的一般形式

PID算法通过误差信号控制被控量,而控制器本身就是比例、积分、微分三个环节的加和。
这里我们规定(在t时刻):

1.输入量为图片


2.输出量为图片


3.偏差量为 图片图片



PID算法的数字离散化

假设采样间隔为T,则在第K个T时刻:

偏差= 图片


积分环节用加和的形式表示,即 图片


微分环节用斜率的形式表示,即图片


PID算法离散化后的式子: 图片


则可表示成为:图片 
其中式中:


比例参数图片:控制器的输出与输入偏差值成比例关系。
系统一旦出现偏差,比例调节立即产生调节作用以减少偏差。

特点:过程简单快速、比例作用大,可以加快调节,减小误差;但是使系统稳定性下降,造成不稳定,有余差。


积分参数图片:积分环节主要是用来消除静差,所谓静差,就是系统稳定后输出值和设定值之间的差值,积分环节实际上就是偏差累计的过程,把累计的误差加到原有系统上以抵消系统造成的静差。


微分参数图片:微分信号则反应了偏差信号的变化规律,或者说是变化趋势,根据偏差信号的变化趋势来进行超前调节,从而增加了系统的快速性。


PID的基本离散表示形式如上。
目前的这种表述形式属于位置型PID,另外一种表述方式为增量式PID,由上述表达式可以轻易得到:
图片


那么:图片


上式就是离散化PID的增量式表示方式,由公式可以看出,增量式的表达结果和最近三次的偏差有关,这样就大大提高了系统的稳定性。
需要注意的是最终的输出结果应该为:输出量 = 
图片+ 增量调节值。


人气
72
发布时间
2024-07-23 10:16
所属行业
PLC
编号
41177528
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