PID里的微分有什么用?

2021/11/16 0:34:29 人评论 次浏览 分类:过程控制  文章地址:/tech/4034.html

如果您拥有一个本质上稳定的工厂,并且对获得非?焖俚乃蔡煊Σ桓行巳ぃ敲碢I控制器就足够了。大约90%的回路都是PI控制。PI控制可以为您的大多数应用提供足够好的控制,并且更加简单。每次整定只需要调整P、I两个参数,添加额外的调整参数会增加复杂性,会让很多人感到困惑。微分和P、I不同,微分不是绝对必要的。

微分的主要作用就是增加系统阻尼,提高系统的过渡过程性能,如果系统没有外部扰动,通常用PD也能使系统没有稳态误差。积分环节会引入-90°的滞后相角,所以如果PD能解决的问题就不会用PID,这是在机电控制中常用的方法。在发散过程、机器人控制等系统中,微分发挥了必不可少的作用。PID不仅仅是为过程控制设计的,PID控制算法的巧妙使它成为解决控制问题的第一杀招。


微分的引入相当于引入了新的零点,使得系统的极点向左半平面移动,使得稳定裕度更大,并获得非常好的瞬态响应。有些自身不稳定的系统,只靠PI是不能够变稳定的,需要新的零点把闭环特征根给吸引到左半平面来。同时微分的引入使PID调节器设计变得充满挑战。


当偏差持续变化时,微分控制模式可为控制器提供其他控制动作。这也使回路更稳定,从而允许使用更高的控制器增益和更快的积分。


如果过程受到外部干扰,微分具有减小过程变量与设定点的最大偏差的作用。对于典型的温度控制回路,最大偏差可以降低20%。具有微分的PID控制回路与具有P或PI控制的回路相比,能够以较小的偏差从干扰中更快恢复。


当被控对象具有平滑的测量和较长的时间常数时,过程变量趋于长时间沿同一方向移动,因此其斜率可用于预测未来的偏差。因此具有类似动态特性的被控对象是使用微分控制的理想选择,例如精馏塔温度。当纯滞后时间不是纯粹的纯滞后时间,而是一系列小的时间常数时,微分更有用。使用微分“消除”那些小的时间常数之一。使用微分的一般经验法则是微分时间应为所确定的一系列小的时间常数中的最大值或纯滞后时间的一半,并且不大于积分时间的四分之一。这个经验法则不适用于发散过程。


流量控制回路往往有噪声和较短的时间常数。而且它们通常已经动作很快,因此速度不是问题。这些因素都使流量控制回路不适合使用微分控制。


当过程变量上有很多噪声时,使用微分控制模式是个坏主意,因为微分会放大高频噪声,引起调节器执行机构的过度损耗。


结论:

微分为控制回路增加了复杂性
微分为控制回路增加了复杂性的另一个方面。它确实有其好处,但仅在特殊情况下。如果回路并非绝对需要微分尽可能不用。但是,如果您有一个时间常数主导的回路且其平滑的过程变量可以用微分改善被控回路的瞬时特性。在过程控制中微分时间应为所确定的一系列小的时间常数中的最大值或纯滞后时间的一半,并且不大于积分时间的四分之一。当过程变量上有很多噪声时,可以尝试对过程变量进行滤波,以便可以使用微分。

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