Main Content

PID 调节算法

典型的 PID 调节目标包括：

  • 闭环稳定性 - 对于有界输入，闭环系统输出保持有界。

  • 足够的性能 - 闭环系统跟踪参考变化并尽可能快地抑制扰动。环路带宽（单位开环增益的频率）越大，控制器对参考指标变化或环路中扰动的响应越快。

  • 足够的稳健性 - 环路设计具有足够的增益裕度和相位裕度，以允许一定程度的建模错误或系统动态特性变化。

MathWorks® 用于调节 PID 控制器的算法可通过调节 PID 增益来实现性能和稳健性之间的良好平衡，从而满足上述目标。默认情况下，该算法根据被控对象动态特性选择穿越频率（环路带宽），并针对 60° 的目标相位裕度进行设计。当您使用 PID 调节器界面以交互方式更改响应时间、带宽、瞬态响应或相位裕度时，算法会计算新的 PID 增益。

对于给定的稳健性（最小相位裕度），调节算法会选择一种平衡参考跟踪和抗扰这两种性能测度的控制器设计。您可以更改设计侧重点以侧重这两种性能测度中的一个。为此，请在命令行中使用 pidtune 的 DesignFocus 选项或使用 PID 调节器中的选项对话框。

当您更改设计侧重点时，算法会尝试调整增益以更侧重参考跟踪或抗扰，同时实现相同的最小相位裕度。系统中的可调参数越多，PID 算法就越可能在不牺牲稳健性的情况下实现所需的设计侧重点。例如，相对于 P 或 PI 控制器，设置设计侧重点对于 PID 控制器可能更有效。在所有情况下，系统性能的微调在很大程度上都取决于被控对象的属性。对于一些被控对象来说，更改设计侧重点几乎或根本没有影响。