自衡對象使用PI控制的三大特點

2023/12/25 12:05:46 人評論次瀏覽分類：過程控制文章地址：http://prosperiteweb.com/tech/5287.html

受益于PID控制器的簡單，我們在控制工程中往往首選PID。受限于PID控制器參數(shù)整定的困難以及形式的簡單，常常有人質(zhì)疑PID控制器的性能平庸。PID僅含三項參數(shù)，但方寸之間，山河錦繡，含義非常豐富。PID控制器包含了：過去，現(xiàn)在，未來；參考模型，干擾觀測器；閉環(huán)響應(yīng)速度，系統(tǒng)帶寬逼近。

工業(yè)中普遍使用PID控制算法，其中90%是PI控制算法。因為自衡對象使用PI控制算法有一致、通解和任意三大特點，這三個特點的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著我們的Lambda工程整定方法研究基本收官：

1、一致
對一階純滯后對象。從τ/T=1/29、5/25、10/20、15/15、20/10、25/5、30/0(相當(dāng)于0.035~∞)按一樣的整定規(guī)則，總有PI控制參數(shù)都能獲得一致的幅值裕度和相位裕度。PI控制器從時間常數(shù)主導(dǎo)到純滯后主導(dǎo)再到純純滯后都表現(xiàn)出了高度的一致性。穩(wěn)定裕度也非常漂亮。上面的公式說明一階純滯后對象使用PI控制，在經(jīng)過參數(shù)整定后的閉環(huán)性能只和純滯后時間、期望閉環(huán)時間常數(shù)相關(guān)。閉環(huán)性能和時間常數(shù)或者τ/T無關(guān)。不存在PI不適用于大純滯后的概念。閉環(huán)性能只和純滯后時間相關(guān)，當(dāng)然純滯后主導(dǎo)后閉環(huán)性能會比開環(huán)慢。

2、通解
存在適用于所有自衡對象PI控制通解參數(shù)：比例增益1/(4K)和積分時間(τ+T)/3。這也意味著對自衡對象PI控制時應(yīng)該存在最小的比例增益。1.如果比例增益小于1/(4K)系統(tǒng)還是振蕩，則肯定是積分作用太強(qiáng)引起的。2.如果比例增益大于1/(4K)系統(tǒng)振蕩，模型準(zhǔn)確的話1/(4K)和(τ+T)/3就能控制住。這給流量控制的默認(rèn)參數(shù)提供了依據(jù)。積分對象使用PI存在雙積分作用，通解不適用于積分對象。

3、任意
對于一個一階純滯后對象。如果T+τ確定。合理切割τ和T就能實現(xiàn)穩(wěn)定控制?？刂剖褂玫牡刃Ъ儨筮x擇的原則是min{τ,(T+τ)*2/3}，剩下的就是等效時間常數(shù)。這個說明PID整定并不需要知道被控對象的準(zhǔn)確模型信息，當(dāng)然了模型信息越準(zhǔn)確閉環(huán)性能越好。這并不是否定響應(yīng)曲線切線切割的重要性，等效純滯后估計的太小比例會引起振蕩，估計的太多往往會損失性能。任意的本質(zhì)是在大時間常數(shù)輸出受限時實現(xiàn)有超調(diào)無振蕩，在純滯后主導(dǎo)時避免比例增益太小。