基于LabVIEW软件PID自动控制.doc

苏州大学 机电工程学院 Soochow University of Mechanical and Electrical Engineering 课程设计报告 Curriculum design 课 题 名 称：基于LabVIEW软件的PID自动控制 学 院: ********院 专 业： *********　 姓 名： ＊＊＊ 学 号： ＊＊＊＊ 目 录 一、 1 1、PID 控制介绍…………………………………………………………1 2、PID 控制规律…………………………………………………………1 3、PID 控制的性能指标………………………………………………3 4、PID 控制器参数整定的分类……………………………………3 5、PID 相关控制…………………………………………………………5 6、数字 PID…………………………………………………………………7 二、 LVIEW8.5软件 9 1、简介 2、特点 3、虚拟仪器 4、应用领域设计内容要求 17 2、设计要求 17 五、设计方案 18 1、设计思路 18 2、程序框图设计 20 3、控制面板设计 21 六、 22 1、程序框图 22 2、控制面板 22 七、 心得 基于LabVIEW软件的PID自动控制 一、PID控制原理 1、PID 控制介绍 PID 控制是过程控制中广泛应用的一种控制，简单的说就是按偏差的比例(proportional)、积分(Integral)、微分(Derivative)进行的控制。当今，尽管各种高级控制在不断的完善，但目前在实际生产过程中应用最多的仍是常规 PID 控制，其原因是： 1) 各种高级控制在应用上还不完善； 2) 大多数控制对象使用常规 PID 控制即可以满足实际的需要； 3) 高级控制难以被企业技术人员掌握。 PID 控制器具有结构简单，参数易于调整等优点。在长期的工程实践中，人们对 PID控制己经积累了丰富的经验。特别是在那些实际过程控制中，控制对象的精确数学模型难以建立，系统参数又经常发生变化，常采用 PID 控制器，并根据经验进行在线整定。 以下将从 PID 控制规律、PID 控制的性能指标及 PID 控制参数整定三个方面对 PID 控制做进一步的介绍。 2、PID 控制规律 PID(Proportional,Integral and Differential)控制器是一种基于“过去”，“现在”和“未来”信息估计的简单算法。 常规 PID 控制系统原理框图如图 3-1 所示，系统主要由 PID 控制器和被控对象组成。作为一种线性控制器，它根据给定值 r(t)与实际输出值 y(t)构成控制偏差 e(t),将偏差按比例、积分、和微分通过线性组合构成控制量 u(t)，对被控对象进行控制。控制器的输入输出关系为： 式中 u(t)是 PID 控制器的输出，e(t)是 PID 控制器的输入，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。采用 PID 控制器的控制系统如图所示。PID 调节器的传递函数为： 比例、积分和微分三个环节的控制是相互关联的，三个参数可以分别调节，也可以只采用其中一种或两种控制规律。简单的说，PID 控制器各环节的作用如下所述： （1）比例环节：即成比例地反映控制系统的偏差信号 e(t)，系统偏差一旦产生，调节器立即产生与其成比例的控制作用，以减小偏差。比例控制反应快，但对某些系统，可能存在稳态误差。加大比例系数 Kp，系统的稳态误差会减小，但稳定性可能变差。 （2）积分环节：积分的控制作用主要用于消除稳态误差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数，积分速度越慢，积分作用越弱，反之则越强。积分环节可能使系统的频带变窄。积分控制通常与其它控制规律结合，组成 PI 控制器或 PID 控制器。 （3）微分环节：微分的作用是能反映偏差信号的变化速率，具有预见性，能预见偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的响应速度，减少超调，减小调节时间。由于微分反映的是变化率，所以当输入没有变化时，微分环节的输出为零。微分控制通常与其它控制规律结合，组成 PD或者 PID 控制器。 为了能更好地理解三个环节具体的设计经验，在这里我们以 PI 控制为例加以说明。实际上，根据我们长期的工作经验及对 PID 控制理论的认识，在实际的生产过程中，PI 控制可以满足大多数过程控制的要求。PI 控制的知识及经验可描述如下： （1）比例主要影响响应速度，Kp愈大，响应愈快，但太大会引起较大的超调和振荡，甚至产生不稳定。Kp增大则超调增加，上升时间