江苏常州青之峰做网站,产品设计考研学校排名,凡科网做的网站怎么样,永久免费个人网站 PID 算法可以用于温度控制、水位控制、飞行姿态控制等领域。后面我们通过PID 控制电机进行说明。 自动控制系统 在直流有刷电机的基础驱动中#xff0c;如果电机负载不变#xff0c;我们只要设置固定的占空比#xff08;电压#xff09;#xff0c;电机的速度就会稳定在… PID 算法可以用于温度控制、水位控制、飞行姿态控制等领域。后面我们通过PID 控制电机进行说明。 自动控制系统 在直流有刷电机的基础驱动中如果电机负载不变我们只要设置固定的占空比电压电机的速度就会稳定在目标范围。然而在实际的应用中负载可能会发生变化此时如果还是输出固定的电压电机的速度就偏离目标范围了为了解决这个问题我们需要引入自动控制系统中的闭环控制。接下来我们开始学习自动控制系统的内容。 概念用自动控制装置对关键参数进行自动控制使它在受到外界干扰而偏离正常状态时能够被自动地调节回到目标范围内。应用场景电水壶保温系统 、大棚温控系统、水位控制系统等等。分类自动控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统 。
① 开环控制系统 在开环控制系统中系统输出只受输入的控制没有反馈回路控制精度和抑制干扰的特性都比较差。电风扇风力控制系统就是一个开环控制的系统我们设置好目标风力之后控制电路就输出相应的电压假设是电压控制此时电机的扇叶转速就被控制在目标范围了。 理想状态下风扇的输出风力确实可以稳定在目标值附近然而在实际的使用中电机会逐渐老化扇叶上的灰尘也会让负载增大此时我们所设定目标风力和实际风力可能就存在偏差了。
②闭环控制系统 在闭环控制系统中引入了反馈回路利用输出实际值和输入目标值的偏差对系统进行控制避免偏离预定目标。 大棚温控系统就是一个闭环控制的系统我们设置好目标温度之后温度传感器会采集棚内的实际温度然后将目标温度和实际温度进行偏差的计算计算后的结果输入到控制电路中控制电路进一步控制温控设备进行升温和降温此时棚内的实际温度就被控制在目标范围了。当实际温度因外部影响偏离目标值时温度传感器反馈电路就能及时的反馈偏差让系统自动调节温控设备使得实际温度逐渐回到目标范围。
PID 算法 PID 算法是闭环控制系统中常用的算法PID 分别是 Proportion比例、Integral积分、Differential微分的首字母缩写。它是一种结合比例、积分和微分三个环节于一体的闭环控制算法。 我们将输入目标值和实际输出值进行偏差的计算然后把计算结果输入到 PID控制算法中经过比例、积分和微分三个环节的运算运算后的输出作用于执行器从而让系统的实际值逐渐靠近目标值。 以大棚温控系统为例来理解 PID 算法中三个环节的作用。
比例环节 Proportion 比例环节可以成比例地反应控制系统的偏差信号即输出与输入偏差成正比可以用来减小系统的偏差。公式如下
u ——- 输出Kp——- 比例系数e ——- 偏差 我们可以通过大棚温控去理解PID公式。例如需要调节棚内温度为 30℃而实际温度为 10℃此时的偏差 e20由比例环节的公式可知当 e 确定时Kp 越大则输出u 越大也就是温控系统的调节力度越大这样就可以更快地达到目标温度而当 Kp 确定时偏差 e 越大则输出 u 越大。由此可见在比例环节中比例系数 Kp 和偏差 e 越大则系统消除偏差的时间越短
当 Kp 的值越大时其对应的橙色曲线达到目标值的时间就越短与此同时橙色曲线出现了一定幅度的超调和振荡这会使得系统的稳定性下降。所以我们在设置比例系数的时候并不是越大越好而是要兼顾消除偏差的时间以及整个系统的稳定性。在实际的应用中如果仅有比例环节的控制可能会给系统带来一个问题静态误差。静态误差是指系统控制过程趋于稳定时目标值与实测值之间的偏差。 如果我们在需要调节棚内温度为 30℃而实际温度为 25℃此时偏差 e5Kp 为固定值那么此时的输出可以让大棚在半个小时之内升温 5℃而外部的温差可以让大棚在半个小时之内降温 5℃也就是说输出 u 的作用刚好被外部影响抵消了这就使得偏差会一直存在。 我们可以通过增大 Kp 来增大输出以此消除偏差。在实际应用中此方法的局限性很大因为我们不能确定偏差的大小它是在实时变化的如果我们把 Kp 设置得太大就会引入超调和振荡让整个系统的稳定性变差。因此为了消除静态误差我们引入了积分环节。 积分环节Integral 积分环节可以对偏差 e 进行积分只要存在偏差积分环节就会不断起作用主要用于消除静态误差提高系统的无差度。引入积分环节后比例积分环节的公式如下
u ——- 输出e ——- 偏差∑e——- 累计偏差Kp——- 比例系数Ki——- 积分系数 通过以大棚温控分析可以知道如果温控系统的比例环节作用被抵消存在静态误差 5℃此时偏差存在积分环节会一直累计偏差以此增大输出从而消除静态误差。从上述公式中可以得知当积分系数 Ki 或者累计偏差越大时输出就越大系统消除静态误差的时间就越短。 点击 ⑤-1 学习PID--什么是PID - 古月居可查看全文
