一個(gè)自動控制系統要能很好地完成任務,首先必須工作穩定,同時(shí)還(hái)必須滿足調節過程的(de)質量指标要求。
即:系統的(de)響應快(kuài)慢(màn)、穩定性、最大(dà)偏差等。很明(míng)顯,自動控制系統總希望在穩定工作狀态下(xià),具有較高(gāo)的(de)控制質量,我們希望持續時(shí)間短、超調量小、擺動次數少。爲了(le)保證系統的(de)精度,就要求系統有很高(gāo)的(de)放大(dà)系數,然而放大(dà)系數一高(gāo),又會造成系統不穩定,甚至系統産生振蕩。反之,隻考慮調節過程的(de)穩定性,又無法滿足精度要求。因此,調節過程中,系統穩定性與精度之間産生了(le)矛盾。
如何解決這(zhè)個(gè)矛盾,可(kě)以根據控制系統設計要求和(hé)實際情況,在控制系統中插入“校正網絡”,矛盾就可(kě)以得(de)到較好解決。這(zhè)種“校正網絡”,有很多(duō)方法完成,其中就有PID方法。
簡單的(de)講,PID“校正網絡”是由比例積分(fēn)PI和(hé)比例微分(fēn)PD"元件組"成的(de)。爲了(le)說明(míng)問題,這(zhè)裏簡單介紹一下(xià)比例積分(fēn)PI和(hé)比例微分(fēn)PD。
微分(fēn):
從電學原理(lǐ)我們知道,當脈沖信号通(tōng)過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(tōng)過電阻R向電容充電,電流在t1時(shí)刻瞬間達到最大(dà)值,電阻兩端電壓Usc此刻也(yě)達到最大(dà)值。随著(zhe)電容兩端電壓不斷升高(gāo),充電電流逐漸減小,電阻兩端電壓Usc也(yě)逐漸降低,最後爲0,形成一個(gè)鋸齒波電壓。這(zhè)種電路稱爲微分(fēn)電路,由于它對(duì)階躍輸入信号前沿“反應”激烈,其性質有加速作用(yòng)。
積分(fēn):
我們再來(lái)看,脈沖信号出現時(shí),通(tōng)過電阻R向電容充電,電容兩端電壓不能突變,電流在t1時(shí)刻瞬間達到最大(dà)值,電阻兩端電壓此刻也(yě)達到最大(dà)值。電容兩端電壓Usc随著(zhe)時(shí)間t不斷升高(gāo),充電電流逐漸減小,最後爲0,電容兩端電壓Usc也(yě)達到最大(dà)值,形成一個(gè)對(duì)數曲線。這(zhè)種電路稱爲積分(fēn)電路,由于它對(duì)階躍輸入信号前沿“反應”遲緩,其性質是“阻尼”緩沖作用(yòng)。
結論:
PID調節器實際是一個(gè)放大(dà)系數可(kě)自動調節的(de)放大(dà)器,動态時(shí),放大(dà)系數較低,是爲了(le)防止系統出現超調與振蕩。靜态時(shí),放大(dà)系數較高(gāo),可(kě)以蒱捉到小誤差信号,提高(gāo)控制精度。