看一下台湾同行对PID控制的描述,我觉得很有耳目一新的感受。
PID的P
名稱︰比例帶參數,單位為(%)。
比例作用定義︰比例作用控制輸出的大小與誤差的大小成正比
例子︰對於量程為0-1300℃的溫控系統,當P設定為10%時,FS乘以P等於130℃。說明當誤差達到130℃時,比例作用的輸出等於100%,誤差每變化1℃,比例作用輸出變化0.79%
若需加大比例作用的調節能力,則需把P參數設定小些,或把量程設定小些。具體多少可依據上述方法進行定量計算。
P參數越小比例作用越強,動態響應越快,消除誤差的能力越強。但實際系統是有慣性的,控制輸出變化後,實際PV值變化還需等待一段時間才會緩慢變化。由於實際系統是有慣性的,比例作用不宜太強,比例作用太強會引起系統振蕩不穩定。P參數的大小應在以上定量計算的基礎上根據系統附應情況,現場調試決定。通常將P參數由大向小調,以能達到最快附應又無超調(或無大的超調)為最佳參數。
PID的I
積分作用定義︰對某一恆定的誤差進行積分,令其積分“I”秒後,其積分輸出應與比例作用等同,這I就定義為積分時間。
為什麼要引進積分作用???
由於沒有誤差時輸出為零,因此比例調節不可能完全消除誤差,不可能使被控的PV值達到SV設定值。必須存在一個穩定的誤差,以維持一個穩定的輸出,才能使系統的PV值保持穩定。
這就是通常所說的比例作用是有差調節,是有靜差的,加強比例作用只能減少靜差,不能消除靜差(靜差︰即靜態誤差,也稱穩態誤差)
差必須引入積分作用,積分作用可以消除靜差,以使被控的PV值最後與SV給定值一致。引進積分作用的目的也就是為了消除靜差,使PV值達到SV給定值,並保持一致。積分作用消除靜差的原理是,只要有誤差存在,就對誤差進行積分,使輸出繼續增大或減小,一直到誤差為零,積分停止,輸出不再變化,系統的PV值保持穩定,PV值等於SV值,達到無差調節的效果。
ht但由於實際系統是有慣性的,輸出變化後,PV值不會馬上變化,須等待一段時間才緩慢變化,因此積分的快慢必須與實際系統的慣性相匹配,慣性大、積分作用就應該弱,積分時間I就應該大些。反之而然。如果積分作用太強,積分輸出變化過快,就會引起積分過頭的現象,產生積分超調和振蕩。
通常I參數也是由大往小調,即積分作用由小往大調,觀察系統附應以能達到快速消除誤差,達到SV給定值,又不引起振蕩為準。
名稱︰微分時間,單位為秒,自
定義︰D是指微分作用的持續時間,是指從微分作用產生時刻起到微分作用衰減到零(接近零)所花的時間
為什麼要引進微分作用呢?
經分析過,不論比例調節作用,還是積分調節作用都是建立在產生誤差後才進行調節以消除誤差,都是事後調節。因此這種調節對穩態來說是無差的,對動態來說肯定是有差的,因為對於負載變化或SV給定值變化所產生的擾動,必須等待產生誤差以後,然後再來慢慢調節予以消除。但一般的控制系統,不僅對穩定控制有要求,而且對動態指標也有要求,通常都要求負載變化或給定調整等引起擾動後,恢復到穩態的速度要快,因此光有比例和積分調節作用還不能完全滿足要求,必須引入微分作用。
T I比例作用和積分作用是事後調節(即發生誤差後才進行調節),而微分作用則是事前預防控制,即一發現PV有變大或變小的趨勢,馬上就輸出一個阻止其變化的控制信號,以防止出現過沖或超調等。
D越大,微分作用越強,D越小,微分作用越弱。系統調試時通常把D從小往大調,具體參數由試驗決定。
由於給定值調整或負載擾動引起PV變化,比例作用和微分作用一定等到PV值變化後才進行調節,並且誤差小時,產生的比例和積分調節作用也小,糾正誤差的能力也小,誤差大時,產生的比例和積分作用才增大。
有產生誤差的趨勢就開始調節,是提前控制,所以及時性更好,可以最大限度地減少動態誤差,使整體效果更好。
但微分作用只能作為比例和積分控制的一種補充,不能起主導作用,微分作用不能太強,太強也會引起系統不穩定,產生振蕩,微分作用只能在P和I調好後再由小往大調。
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