PID控制原理说明与图解
PID是比例、积分、微分的简称。一般常用于温度,速度等标量的控制,应用PID控制的系统存在对这些数值进行感测的传感器,又存在一个设定的目标值,这一种系统称为闭环控制系统(closed-loop control system)。
系统中三个数值的设定影响调整的过程消耗的时间,调整次数多少等
1. 比例(proportion)
这里用温度来举例说明。
假设目前温度为x,而设定温度为X
为了达到X我们需要调整功率,以让温度上升,那么每次调整后系统都会再次采样目前的温度x,并再次调整,调整的程度与误差呈现一个正比例。这里的采样间隔时间是相同的。
然而有可能调整超出我们设定的温度,因此系统就需要往回调整,以保证温度最接近设定温度值
这里比例(Proportion)的大小就决定了单次调整的程度多少,比例越大,系统越快达到设定温度,但是过大却可能造成在设定温度附近来回调整增加调整时间,这一情况称为震荡。
比例数值越大,调整速度越快,但震荡的范围也就越大
2.积分(integral)
因为温度的变化不是立刻就发生而是有一个上升的过程,因此在调整过程中温度呈现一个曲线。由上一步中对于比例的说明可以知道,系统是在不断采样并进行调整的,因此最终就呈现一个以时间为基准的积分过程,不断进行调整以使得温度稳定在一个值,当稳定在这个值消除误差的时候,积分为‘0’。
积分数值越小,积分的作用越强,控制速度越快,但是却可能导致系统调整滞后,如果太大,则会导致系统调整效果不明显
3.微分(derivative)
系统控制过程中往往有可能会在目标数值附近不断震荡,因为比例调节的作用有限,一些具有延迟(比如说加热棒)的器件就很容易出现这样的情况。
微分与系统的变化率呈现正比,如果上一时刻设定输出在一个较高数值,可以在具有延迟效应的器件未达到设定值之前降低输出,以使得温度稳定在一定值,提前控制误差,这就是PID中微分的作用。
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