西门子PI和PID控制及调试

时间：2019-12-22

比方说一个控制中使用了PI控制后，如果存在静态误差，输出始终达不到设定值，这时积分项的误差累积值会越来越大，这个累积值乘上Ki后会在输出的比重中越占越多，使输出u(t)越来越大，较终达到消除静态误差的目的。

1、先将I值设为0，将P值放至比较大，当出现稳定振荡时，我们再减小P值直到P值不振荡或者振荡很小为止（术语叫临界振荡状态），在有些情况下，我们还可以在些P值的基础上再加大一点。

2、加大I值，直到输出达到设定值为止。

3、等系统冷却后，再重上电，看看系统的**调是否过大，加热速度是否太慢。

通过上面的这个调试过程，我们可以看到P值主要可以用来调整系统的响应速度，但太大会增大**调量和稳定时间；而I值主要用来减小静态误差。

标准的PID公式在温控等响应较慢的系统中会存在积分项导致过冲的情况，这是因为在开始加热后，尽管这时输出已调整较大（比方说固态继电器的PWM输出已是**开了）但这时的温度仍然只能缓慢上升，这时的积分项会增加得很快，当温度达到设定值后，这时尽管比例项已输出为0，但是积分项仍然会因为其累积值很高而有较大的输出，导致温度**调。

在德维森的V80中，通过改进的遇限消弱积分法等措施很好的解决了这个问题，使积分项在输出全开时停止积分，减少了积分对于这种大时延系统的影响。

PID控制：

因为PI系统中的I的存在会使整个控制系统的响应速度受到影响，为了解决这个问题，我们在控制中增加了D微分项，微分项主要用来解决系统的响应速度问题，其完整的公式如下：

u(t) = Kp*e(t) + Ki∑e(t) + Kd[e(t) – e(t-1)]+u0

在模拟电路中的微分常数是与特征频率相关系的，而在数字离散PID中的微分项实际上是有一些问题的，因为其只计算了两次误差的差值，而实际的模拟PID或者用户需要的理想微分公式应该是要对其进行展宽的，只有展宽的D值才能真正的起到很好的效果。微分项在控制系统中起到减少**调降低振荡的作用，但因为微分项本身对于干扰很敏感，所以在使用微分项时要慎重。

在PID的调试过程中，我们应注意以下步骤：

1、关闭I和D，加大P，使其产生振荡；

2、减小P，找到临界振荡点；

3、加大I，使其达到目标值；

4、重新上电看**调、振荡和稳定时间是否吻合要求；

5、针对**调和振荡的情况适当的增加一些微分项；

6、注意所有调试均应在较大争载的情况下调试，这样才能保证调试完的结果可以在全工作范围内均有效；

位置PID与增量PID：

前面我们所说的PID公式均是位置PID，也称为全量PID，这在温控、阀门控制、水泵控制中较常用到，另一种PID公式称之为增量PID其公式如下：

△u(t) = u(t) – u(t-1)

这在运动控制中较常使用，其输出是两次PID运算结果的差值，一般的步进或者伺服电机的位置控制可以采用这种方式。

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