在實(shí)際中應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制為比例、積分、微分控制,簡(jiǎn)稱PID控制或PID調(diào)節(jié)。PID調(diào)節(jié)以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)。學(xué)模型時(shí),控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí),系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定,這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí),最適合用PID控制技術(shù)。PID控制在實(shí)際中也有PI和PD控制。PID調(diào)節(jié)器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。
比例(P)
比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差信號(hào)成比例關(guān)系,通俗的說(shuō)比例就是輸入偏差乘以一個(gè)系數(shù)。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。
輸入偏差指被調(diào)量和調(diào)節(jié)器設(shè)定值之間的差值。
積分(I)
在微分控制中,調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差信號(hào)的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系,通俗講積分就是對(duì)輸入偏差進(jìn)行積分運(yùn)算。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后組件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”,即在誤差接近零時(shí),抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō),在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的,比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”,它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì),這樣,具有比例+微分的調(diào)節(jié)器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,甚至為負(fù)值,從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象,比例+微分(PD)調(diào)節(jié)器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。
微分(D)
在積分控制中,調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差信號(hào)的積分成正比關(guān)系,通俗講微分就是對(duì)輸入偏差進(jìn)行微分運(yùn)算。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng),如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在調(diào)節(jié)器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分,隨著時(shí)間的增加,積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣,即便誤差很小,積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大,它推動(dòng)調(diào)節(jié)器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小,直到等于零。因此,PI控制器(比例+積分)可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。
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