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发布时间:2018-01-20 来源:/news/21.html

某天,小明接到这样一个任务:

有一个水缸漏水(而且漏水的速度还不一定固定不变),要求水面高度维持在某个位置,一旦发现水面高度低于要求位置,就要往水缸里加水。

小明接到任务后就一直守在水缸旁边,时间长就觉得无聊,就跑到房里看小说了,每30分钟来检查一次水面高度。水漏得太快,每次小明来检查时,水都快漏完了,离要求的高度相差很远,小明改为每3分钟来检查一次,结果每次来水都没怎么漏,不需要加水,来得太频繁做的是无用功。几次试验后,确定每10分钟来检查一次。

这个检查时间就称为采样周期。

开始小明用瓢加水,水龙头离水缸有十几米的距离,经常要跑好几趟才加够水,于是小明又改为用桶加,一加就是一桶,跑的次数少了,加水的速度也快了,但好几次将缸给加溢出了,不小心弄湿了几次鞋,小明又动脑筋,我不用瓢也不用桶,老子用盆,几次下来,发现刚刚好,不用跑太多次,也不会让水溢出。

这个加水工具的大小就称为比例系数。

小明又发现水虽然不会加过量溢出了,有时会高过要求位置比较多,还是有打湿鞋的危险。他又想了个办法,在水缸上装一个漏斗,每次加水不直接倒进水缸,而是倒进漏斗让它慢慢加。这样溢出的问题解决了,但加水的速度又慢了,有时还赶不上漏水的速度。于是他试着变换不同大小口径的漏斗来控制加水的速度,后终于找到了满意的漏斗。

这个漏斗的时间就称为积分时间。

小明终于喘了一口,但任务的要求突然严了,水位控制的及时性要求大大提高,一旦水位过低,必须立即将水加到要求位置,而且不能高出太多,否则不给工钱。小明又为难了!于是他又开努脑筋,终于让它想到一个办法,常放一盆备用水在旁边,一发现水位低了,不经过漏斗就是一盆水下去,这样及时性是保证了,但水位有时会高多了。他又在要求水面位置上面一点将水凿一孔,再接一根管子到下面的备用桶里这样多出的水会从上面的孔里漏出来。

这个水漏出的快慢就称为微分时间。

P指的是比例(Proportion),I指的是积分(Integral),D指的是微分(Differential)。

在电机调速系统中,输入信号为正,要求电机正转时,反馈信号也为正(PID算法时,误差=输入-反馈),同时电机转速越高,反馈信号越大。要想搞懂PID算法的原理,首先必须先明白P,I,D各自的含义及控制规律:

比例部分其实就是对预设值和反馈值差值的发大倍数。举个例子,假如原来电机两端的电压为U0,比例P为0.2,输入值是800,而反馈值是1000,那么输出到电机两端的电压应变为U0+0.2*(800-1000)。从而达到了调节速度的目的。显然比例P越大时,电机转速回归到输入值的速度将更快,及调节灵敏度就越高。从而,加大P值,可以减少从非稳态到稳态的时间。但是同时也可能造成电机转速在预设值附近振荡的情形,所以又引入积分I解决此问题。

积分部分其实就是对预设值和反馈值之间的差值在时间上进行累加。当差值不是很大时,为了不引起振荡。可以先让电机按原转速继续运行。当时要将这个差值用积分项累加。当这个和累加到一定值时,再一次性进行处理。从而避免了振荡现象的发生。可见,积分项的调节存在明显的滞后。而且I值越大,滞后效果越明显。

微分部分其实就是求电机转速的变化率。也就是前后两次差值的差而已。也就是说,微分项是根据差值变化的速率,提前给出一个相应的调节动作。可见微分项的调节是超前的。并且D值越大,超前作用越明显。可以在一定程度上缓冲振荡。比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。

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