增量式pid参数调整公式及策略.doc

增量式pid参数调整公式及策略PID算法是工程控制领域常用的一种算法，其有着技术成熟，不需要建立数学模型，参数整定灵活，适用性强，鲁棒性强，控制效果好等优点，得到了广泛的应用，其参数整定对控制效果影响极大，针对增量式的PID的参数整定方法在现有的文献中较少涉及。PID分位置式PID和增量式PID两种，由于位置式PID控制的输出与整个过去的状态有关，用到了误差的累加值；而增量式PID的输出只与当前状态和前两状态的误差有关，因此位置式PID控制的累积误差相对更大，增量式PID输出的是控制量增量，如果微处理器出现故障，误动作影响较小，而执行机构本身有记忆功能，可仍保持原位，不会严重影响系统的工作，而位置式的输出直接对应对象的输出，对系统影响较大，因此实际中增量式PID应用更加广泛。增量式PID控制增量式PID控制，数字PID控制算法的一种基本形式，是通过对控制量的增量（本次控制量和上次控制量的差值）进行PID控制的一种控制算法。增量式PID控制主要是通过求出增量，将原先的积分环节的累积作用进行了替换，避免积分环节占用大量计算性能和存储空间。增量式PID控制的主要优点为：算式中不需要累加。控制增量u（k）的确定仅与最近3次的采样值有关，容易通过加权处理获得比较好的控制效果；计算机每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小、不会严重影响生产过程；手动自动切换时冲击小。当控制从手动向自动切换时，可以作到无扰动切换。由于增量式需要对控制量进行记忆，所以对于不带记忆装置的系统，只能使用位置式PID控制方式进行控制。增量式pid参数调整公式增量式PID控制根据位置式PID控制公式，写出n-1时刻的控制量：设得到令 为积分系数； 为微分系数，可以将上式简化为增量式PID控制算法当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是控制量的增量（例如去驱动步进电动机）时，需要用PID的“增量算法”。增量式PID控制算法可以通过（2-4）式推导出。由（2-4）可以得到控制器的第k-1个采样时刻的输出值为：由（2-6）可以看出，如果计算机控制系统采用恒定的采样周期T，一旦确定A、B、C，只要使用前后三次测量的偏差值，就可以由（2-6）求出控制量。增量式PID控制算法与位置式PID算法（2-4）相比，计算量小得多，因此在实际中得到广泛的应用。位置式PID控制算法也可以通过增量式控制算法推出递推计算公式：（2-7）就是目前在计算机控制中广泛应用的数字递推PID控制算法。增量式PID控制算法C51程序/*=PID FunctionThe PID （比例、积分、微分） function is used in mainlycontrol applications. PIDCalc performs one iteration of the PIDalgorithm.While the PID function works， main is just a dummy program showing a typical usage.=*/typedef struct PIDint SetPoint; /设定目标Desired Value long SumError; /误差累计double Proportion; /比例常数 Proportional Constdouble Integral; /积分常数 Integral Constdouble Derivative; /微分常数 Derivative Constint LastError; /Error-1int PrevError; /Error-2 PID;static PID sPID;static PID *sptr = *=Initialize PID Structure PID参数初始化=*/void IncPIDInit（void）sptr-SumError = 0;sptr-LastError = 0; /Error-1sptr-PrevError = 0; /Error-2sptr-Proportion = 0; /比例常数Proportional Const sptr-Integral = 0; /积分常数Integral Constsptr-Derivative = 0; /微分常数Derivative Const sptr-SetPoint = 0;/*=增量式PID计算部分=*/int IncPIDCalc（int NextPoint）register int iError， iIncpid; /当前误差iError = sptr-SetPoint - NextPoint; /增量计算iIncpid = sptr-Proportion * iError /Ek项- sptr-Integral * sptr-LastError /Ek1项+ sptr-Derivative * sptr-PrevError; /Ek2项/存储误差，用于下次计算sptr-PrevError = sptr-LastError;sptr-LastError = iError;/返回增量值return（iIncpid）;结合上述公式探讨PID的普遍控制规律和常用参数整定方法（一）先来讨论PID三个参数的控制规律1. 比例调节规律（Kp）：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。2. 积分调节规律（Ki）：实质上就是对偏差累积进行控制，直至偏差为零。使系统消除稳态误差，提高无差度。3. 微分调节规律（Kd）：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。4. 比例积分微分控制规律PID：PID控制规律是一种较理想的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。（二）再来讨论PID参数整定的一般方法1. 实验凑试法，整定步骤为“先比例，再积分，最后微分，这也是初接触PID的人常使用的。2. 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。3. 实验经验法，扩充临界比例度法，实验经验法调整PID参数的方法中较常用的是扩充临界比例度法，其最大的优点是，参数的整定不依赖受控对象的数学模型，直接在现场整定、简单易行。总之，对于PID的初用者，增量式的PID参数整定的时候，采用同位置式的比例Kp，积分Ki，微分Kd相同的系数，理解起来比较容易，整定自然就会符合以上所说的规律，可以达到预期的控制效果。