用Lambda整定PID参数更利于获得更好鲁棒性

2021/11/5 14:59:55 人评论 次浏览 分类:过程控制  文章地址:/tech/4016.html

上个世纪八十年代之前的大多数整定方法都关注克服不可测阶跃扰动时的峰值和累积偏差。这种积极行为对防止激活减灾系统或启动停车条件非常重要,但是由于鲁棒性不足不适合处理实际问题或实现其他控制目标。整定结果存在增益大、积分时间短的问题,不可避免地在系统中引起振荡,难以使系统达到整体性能最佳的控制目标,不适合大多数化工应用。最近的整定方法关注增加鲁棒性、最小化非线性、耦合和振荡影响并满足其他过程目标:最大化吸收干扰的缓冲罐液位控制,比值控制的回路协调和串级控制中底层回路的设定值响应等。

Lambda整定是用于减少过程波动的成功方法。从最简单的意义上讲,Lambda整定以所需的闭环响应速度实现回路的非振荡响应。通过选择一个闭环时间常数(通常称为Lambda)来设置响应速度。通过选择该闭环时间常数,可以在一个单元过程中协调一组回路的协调整定,从而使它们的共同作用有助于建立整个过程的理想动态。


Lambda整定概念的基础可以追溯到1957年Newton,Gould和Kaiser的分析设计方法。简而言之,一旦知道了过程模型并且选择了闭环特性,该方法就可以直接合成所需的控制器。1968年,EB Dahlin在数字控制器上的工作为Lambda整定提供了主要推动。Dahlin将所需的闭环响应速度描述为“Lambda”。Dahlin只关心一阶纯滞后对象,而Morari和Chien等人将该技术推广到一般的传递函数。设计方法的基础是零极点配置,其中控制器零点用于抵消过程极点。


Lambda整定规则为针对速度的整定规则(例如ZN法、CC法等)提供了强大的替代方法。ZN法、CC法的目标是4:1衰减振荡,而Lambda整定规则的目标是一阶纯滞后对设定值的响应。


Lambda整定规则具有以下优点:

1、过程变量在发生干扰或设定值变化后不会超调。

2、Lambda整定规则对通过阶跃测试确定过程纯滞后时间时所犯的任何错误的敏感性要低得多。这个问题在时间常数为主的过程中很常见,因为很容易低估或高估了过程纯滞后时间。当纯滞后时间不正确时,Ziegler-Nichols和Cohen-Coon整定规则可能会给出非常糟糕的结果。


3、整定非常鲁棒,这意味着即使过程特性与用于整定的过程相比发生了较大变化,控制回路也能保持稳定。


4、Lambda整定的控制回路可以更好地吸收干扰,并将更少的干扰传递给下游过程。对于高度耦合过程,这是一个非常有吸引力的特性。造纸机上的控制回路通常使用Lambda整定规则进行整定,以防止整个机器由于过程相互耦合和反馈控制而发生振荡。


5、用户可以为控制回路指定所需的响应时间(实际上是闭环时间常数)。这提供了一个λ整定因子,可用于加快或减慢回路响应。
作者:冯少辉(博士,现从事先进控制工作,有一线十几年工作经历,真正理论联系实际的过程控制专家)

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