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PID控制器介紹

 我愛你文摘 2019-05-31

目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí),控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。

PID控制器介紹

一個(gè)控制系統(tǒng)包括傳感器、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。目前PID控制器的產(chǎn)品已經(jīng)很多,有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器,在工程實(shí)際中得到了廣泛應(yīng)用,各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器,其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。

自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。

  • 開環(huán)控制系統(tǒng)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量)對(duì)控制器的輸出沒有影響。
  • 閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來影響控制器的輸出,形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。

閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋。若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反,稱為負(fù)反饋;若相同,則稱為正反饋。一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋。

控制系統(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字來描述。

  • 穩(wěn):指系統(tǒng)的穩(wěn)定性,從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的;
  • 準(zhǔn):指系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、控制精度,通常用穩(wěn)態(tài)誤差來描述,即系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值和期望值之差;
  • 快:指系統(tǒng)響應(yīng)的快速性,通常用上升時(shí)間來描述。

在工程實(shí)際中,應(yīng)用最廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制,簡(jiǎn)稱PID控制。PID控制以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。

PID控制器介紹

當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確數(shù)學(xué)模型,控制理論的其他技術(shù)難以采用時(shí),系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定,這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。

P-比例控制

比例控制是最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。偏差一旦產(chǎn)生,控制器立即就發(fā)生作用,調(diào)節(jié)控制輸出,使被控量朝著減小偏差的方向變化,偏差減小的速度取決于比例系數(shù)Kp。Kp越大偏差減小的越快,但是容易引起振蕩,尤其在遲滯環(huán)節(jié)比較大的情況下。通常單純的比例控制存在穩(wěn)態(tài)誤差不能消除的缺點(diǎn),需要配合使用積分控制。

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D-微分控制

在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分(即誤差變化率)成比例關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至發(fā)散,其原因在于存在較大慣性組件或滯后組件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落后于誤差的變化。解決辦法是抑制誤差的作用變化“超前”,即在誤差接近零時(shí),抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。

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I-積分控制

在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成比例關(guān)系。為消除一個(gè)控制系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)誤差,必須引入積分控制。積分項(xiàng)對(duì)誤差的消除取決于時(shí)間的積分,隨著時(shí)間的增加,積分項(xiàng)會(huì)增大,這樣即使誤差很小,積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大,使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小,直到為零。

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PID參數(shù)試湊口訣

參數(shù)整定找最佳, 從小到大順序查。

先是比例后積分, 最后再把微分加。

曲線振蕩很頻繁, 比例度盤要放大。

曲線漂浮繞大彎, 比例度盤往小扳。

曲線偏離回復(fù)慢, 積分時(shí)間往下降。

曲線波動(dòng)周期長(zhǎng), 積分時(shí)間再加長(zhǎng)。

曲線振蕩頻率快, 先把微分降下來。

動(dòng)差大來波動(dòng)慢, 微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)。

理想曲線兩個(gè)波, 前高后低四比一。

一看二調(diào)多分析, 調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低。

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