一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)要能很好地完成任務(wù)，首先必須工作穩(wěn)定，同時(shí)還必須滿足調(diào)節(jié)過(guò)程的質(zhì)量指標(biāo)要求。即：系統(tǒng)的響應(yīng)快慢、穩(wěn)定性、最大偏差等。很明顯，自動(dòng)控制系統(tǒng)總希望在穩(wěn)定工作狀態(tài)下，具有較高的控制質(zhì)量，我們希望持續(xù)時(shí)間短、超調(diào)量小、擺動(dòng)次數(shù)少。為了保證系統(tǒng)的精度，就要求系統(tǒng)有很高的放大系數(shù)，然而放大系數(shù)一高，又會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。反之，只考慮調(diào)節(jié)過(guò)程的穩(wěn)定性，又無(wú)法滿足精度要求。因此，調(diào)節(jié)過(guò)程中，系統(tǒng)穩(wěn)定性與精度之間產(chǎn)生了矛盾。
如何解決這個(gè)矛盾，可以根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況，在控制系統(tǒng)中插入“校正網(wǎng)絡(luò)”，矛盾就可以得到較好解決。這種“校正網(wǎng)絡(luò)”，有很多方法完成，其中就有PID方法。
簡(jiǎn)單的講，PID“校正網(wǎng)絡(luò)”是由比例積分PI和比例微分PD"元件組"成的。為了說(shuō)明問(wèn)題，這里簡(jiǎn)單介紹一下比例積分PI和比例微分PD。
微分：
從電學(xué)原理我們知道，見圖2，當(dāng)脈沖信號(hào)通過(guò)RC電路時(shí)，電容兩端電壓不能突變，電流超前電壓90°，輸入電壓通過(guò)電阻R向電容充電，電流在t1時(shí)刻瞬間達(dá)到最大值，電阻兩端電壓Usc此刻也達(dá)到最大值。隨著電容兩端電壓不斷升高，充電電流逐漸減小，電阻兩端電壓Usc也逐漸降低，最后為0，形成一個(gè)鋸齒波電壓。這種電路稱為微分電路，由于它對(duì)階躍輸入信號(hào)前沿“反應(yīng)”激烈，其性質(zhì)有加速作用。
積分：
我們?cè)賮?lái)看圖3，脈沖信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，通過(guò)電阻R向電容充電，電容兩端電壓不能突變，電流在t1時(shí)刻瞬間達(dá)到最大值，電阻兩端電壓此刻也達(dá)到最大值。電容兩端電壓Usc隨著時(shí)間t不斷升高，充電電流逐漸減小，最后為0，電容兩端電壓Usc也達(dá)到最大值，形成一個(gè)對(duì)數(shù)曲線。這種電路稱為積分電路，由于它對(duì)階躍輸入信號(hào)前沿“反應(yīng)”遲緩，其性質(zhì)是“阻尼”緩沖作用。
此主題相關(guān)圖片如下，點(diǎn)擊圖片看大圖：
插入校正網(wǎng)絡(luò)的情況
現(xiàn)在我們首先討論自動(dòng)控制系統(tǒng)引入比例積分PI的情況，見圖4。曲線PI（1）對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)特性曲線，當(dāng)t=0時(shí)，PI的輸出電壓很小，（由比例系數(shù)決定）當(dāng)t>0時(shí)，輸出電壓按積分特性線性上升，系統(tǒng)放大系數(shù)Ue線性增大。這就是說(shuō)，當(dāng)系統(tǒng)輸入端出現(xiàn)大的誤差時(shí)，控制輸出電壓不會(huì)立即變得很大，而是隨著時(shí)間的推移和系統(tǒng)誤差不斷地減小，PI的輸出電壓不斷增加，既，系統(tǒng)放大系數(shù)Ue不斷線性增大。我們稱這種特性為系統(tǒng)阻尼。決定阻尼系數(shù)因素是PI比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)。要不斷提高控制系統(tǒng)的質(zhì)量，就要不斷改變PI比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)。
此主題相關(guān)圖片如下，點(diǎn)擊圖片看大圖：
我們?cè)儆懻摽刂葡到y(tǒng)引入比例微分PD的情況，見圖4。曲線PD（2）對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)特性曲線，當(dāng)t=0時(shí)，PD使系統(tǒng)放大系數(shù)Ue驟增。這就是說(shuō)，當(dāng)系統(tǒng)輸入端出現(xiàn)誤差時(shí)，控制輸出電壓會(huì)立即變大。我們稱這種特性為加速作用。可以看出，過(guò)強(qiáng)的微分信號(hào)會(huì)使控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。所以在使用中，必須認(rèn)真調(diào)節(jié)PD 比例系數(shù)和微分時(shí)間常數(shù)。
為妥善解決系統(tǒng)穩(wěn)定性與精度之間的矛盾，往往將比例積分PI與比例微分PD組合使用，形成“校正網(wǎng)絡(luò)”，也稱PID調(diào)節(jié)。PID調(diào)節(jié)特性曲線PID（3）（圖4），是PI、PD特性曲線合成的。適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)PI、PD上述各系數(shù)，就能保證控制系統(tǒng)即快又穩(wěn)的工作。
結(jié)論：
PID調(diào)節(jié)器實(shí)際是一個(gè)放大系數(shù)可自動(dòng)調(diào)節(jié)的放大器，動(dòng)態(tài)時(shí)，放大系數(shù)較低，是為了防止系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)與振蕩。靜態(tài)時(shí)，放大系數(shù)較高，可以蒱捉到小誤差信號(hào)，提高控制精度。
----------------------------------------------
在我出道的時(shí)候，我認(rèn)識(shí)了一個(gè)人，因?yàn)樗矚g在東邊出沒，所以很多年后，他有個(gè)綽號(hào)叫東邪。多年之后，我有個(gè)綽號(hào)叫西毒，任何人都可以變得狠毒，只要你嘗試過(guò)什么叫做嫉妒。我不介意其他人怎么看我，我只不過(guò)想比別人活得更開心。
滬公網(wǎng)安備31010802001143號(hào)
