基于STM32——PID参数如何设定调节

只看该作者 · 2018-1-18 12:03

本帖最后由 dingbo95 于 2018-1-18 12:08 编辑

1.比例（P）控制

比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。

2.积分（I）控制

在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

3.微分（D）控制

在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

只看该作者 · 2018-1-18 12:09

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。

只看该作者 · 2018-1-18 12:11

PID参数的设定：是靠经验及工艺的熟悉，参考测量值跟踪与设定值曲线，从而调整P\I\D的大小。

PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：

　　温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s

　　压力P: P=30~70%,T=24~180s,

　　液位L: P=20~80%,T=60~300s,

　　流量L: P=40~100%,T=6~60s。

只看该作者 · 2018-1-18 12:12

常用口诀：

　　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

只看该作者 · 2018-1-18 12:13

在自动调节系统中，E=SP-PV。其中，E为偏差、SP为给定值、PV为测量值。当SP大于PV时为正偏差，反之为负偏差。

1.比例调节作用的动作与偏差的大小成正比；当比例度为100时，比例作用的输出与偏差按各自量程范围的1：1动作。当比例度为10时，按10：1动作。即比例度越小，比例作用越强。比例作用太强会引起振荡。太弱会造成比例欠调，造成系统收敛过程的波动周期太多，衰减比太小。其作用是稳定被调参数。

2. 积分调节作用的动作与偏差对时间的积分成正比。即偏差存在积分作用就会有输出。它起着消除余差的作用。积分作用太强也会引起振荡，太弱会使系统存在余差。

3.微分调节作用的动作与偏差的变化速度成正比。其效果是阻止被调参数的一切变化，有超前调节的作用。对滞后大的对象有很好的效果。但不能克服纯滞后。适用于温度调节。使用微分调节可使系统收敛周期的时间缩短。微分时间太长也会引起振荡。

只看该作者 · 2018-1-18 12:14

2、整定方法

经验法是简单调节系统应用最广泛的整定方法，是一种试凑法。它通过参数预先设置和反复试凑来实现。参数的预置值要根据对象的特性和仪表的量程决定。仪表量程大的PID参数要适当加强作用。四类被调参数的一般范围如下：

只看该作者 · 2018-1-18 12:15

下面以PID调节器为例，具体说明经验法的整定步骤：

⑴让调节器参数积分系数S0=0，实际微分系数k=0，控制系统投入闭环运行，由小到大改变比例系数S1，让扰动信号作阶跃变化，观察控制过程，直到获得满意的控制过程为止。

⑵取比例系数S1为当前的值乘以0.83，由小到大增加积分系数S0，同样让扰动信号作阶跃变化，直至求得满意的控制过程。

(3)积分系数S0保持不变，改变比例系数S1，观察控制过程有无改善，如有改善则继续调整，直到满意为止。否则，将原比例系数S1增大一些，再调整积分系数S0，力求改善控制过程。如此反复试凑，直到找到满意的比例系数S1和积分系数S0为止。

⑷引入适当的实际微分系数k和实际微分时间TD，此时可适当增大比例系数S1和积分系数S0。和前述步骤相同，微分时间的整定也需反复调整，直到控制过程满意为止。

注意：仿真系统所采用的PID调节器与传统的工业 PID调节器有所不同，各个参数之间相互隔离，互不影响，因而用其观察调节规律十分方便。

只看该作者 · 2018-1-18 12:17

PID参数是根据控制对象的惯量来确定的。大惯量如：大烘房的温度控制，一般P可在10以上,I=3-10,D=1左右。

小惯量如：一个小电机带 一水泵进行压力闭环控制，一般只用PI控制。P=1-10,I=0.1-1,D=0,这些要在现场调试时进行修正的。

△U(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2)

A=Kp(1+T/Ti+Td/T)

B=Kp(1+2Td/T)

C=KpTd/T

T采样周期 Td微分时间 Ti积分时间用上面的算法可以构造自己的PID算法。

只看该作者 · 2018-1-18 13:04

完了？没看出和STM32有啥关系？

只看该作者 · 2018-1-18 14:15

可以通过MATLAB学这个。

只看该作者 · 2018-1-18 15:26

之前看到过有一种自整定参数的算法。

3万 · 2018-1-18 17:58

感谢分享；

只看该作者 · 2018-1-18 20:55

最牛B的就是PID算法，只用P就可以搞定。

只看该作者 · 2018-1-18 20:55

其实宏观上看，都是P算法，只不过这个P被I和D牵着鼻子走，就是根据不同的情况，会调整大小。

只看该作者 · 2018-1-23 15:49

jiekou001 发表于 2018-1-18 20:55
最牛B的就是PID算法，只用P就可以搞定。

厉害了哈哈，这些参数的调节才是最重要的。

只看该作者 · 2018-1-23 15:50

huahuagg 发表于 2018-1-18 14:15
可以通过MATLAB学这个。

请赐教，想涨涨见识

只看该作者 · 2018-1-23 15:50

黑夜之狼发表于 2018-1-18 13:04
完了？没看出和STM32有啥关系？

可以去公开课看下那个教程，老师讲的不错哦。

只看该作者 · 2018-1-24 09:27

dingbo95 发表于 2018-1-23 15:50
可以去公开课看下那个教程，老师讲的不错哦。

公开课链接？

只看该作者 · 2018-1-24 13:04

黑夜之狼发表于 2018-1-24 09:27
公开课链接？

好懒啊，自己搜一下，

http://open.21ic.com/open/lesson/708

只看该作者 · 2018-1-25 20:00

使用微分调节可使系统收敛周期的时间缩短

基于STM32——PID参数如何设定调节

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