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關(guān)于Lambda整定方法的推導(dǎo)過程

2024/3/11 15:16:03 人評論 次瀏覽 分類:過程控制  文章地址:http://prosperiteweb.com/tech/5397.html

國外有一本書對PID參數(shù)整定方法進(jìn)行了匯總,大概有一百多種整定方法,四百多個整定公式。整定方法太多恰恰說明這些整定方法都是工程方法,科學(xué)性不足,這讓工程師無所適從,所以大部分的工程師還是使用試湊法憑經(jīng)驗進(jìn)行PID參數(shù)整定。經(jīng)驗法科學(xué)性不足、不可傳承,這導(dǎo)致PID參數(shù)整定工程師的缺乏?,F(xiàn)場工程師的PID參數(shù)整定能力不足,進(jìn)而影響了裝置過程控制水平的提高。既有控制理論的知識,又對PID參數(shù)整定的重要性和意義有足夠的認(rèn)識,才能找到科學(xué)規(guī)范的整定方法。

PID控制器

“很容易證明,任何具有合理整定的控制器都將優(yōu)于ZN法整定的控制器”。但是PID參數(shù)Lambda整定方法的研究借鑒了ZN整定方法的工程化思想并進(jìn)行了改進(jìn):


①Lambda整定方法也是基于響應(yīng)曲線獲得PID控制器模型,但是將控制模型分為一階純滯后模型和積分純滯后模型,這種方法極大地拓展了Lambda的適用范圍,降低了對模型精度的要求;


②Lambda整定方法也是從研究純比例控制器性能入手的,但是并不需要臨界振蕩,也不考慮微分作用,而是根據(jù)被控對象特性和控制要求計算得到比例增益;


③Lambda整定方法也是為了獲得最優(yōu)PID參數(shù),但是最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為過程變量有超調(diào)無振蕩,PID控制器的形式還確定為比例積分控制并提供了閉環(huán)性能靈活調(diào)整的參數(shù);


④Lambda整定方法針對大時間常數(shù)對象也一樣,可以把自衡對象近似為積分對象,并取得滿意的控制效果。


關(guān)于Lambda整定方法的推導(dǎo)過程

在網(wǎng)上有馮少輝博士發(fā)布的一本電子書:《詳解Lambda整定方法推導(dǎo)》。電子書里進(jìn)行了Lambda整定公式推導(dǎo)。Lambda整定方法理論非常嚴(yán)密,可是由于使用了傳遞函數(shù)和頻域知識,很多非自控專業(yè)的工程師還是看不太懂。我們嘗試基于響應(yīng)曲線得到Lambda整定公式,使用的Lambda整定方法的推導(dǎo)過程其實和《詳解Lambda整定方法推導(dǎo)》里的方法看起來已經(jīng)大不相同,但是殊途同歸,得到了一樣的Lambda整定公式。積分對象的Lambda整定方法也比很多文獻(xiàn)上介紹的方法更簡潔。Lambda的理論基礎(chǔ)在1957年就提出了,Lambda整定方法1968年已經(jīng)公開發(fā)表,Lambda整定方法也和內(nèi)模控制有一定的關(guān)系,但是這些進(jìn)步?jīng)]有獲得一線工程師的認(rèn)可和關(guān)注。

關(guān)于Lambda整定方法我們不僅進(jìn)行了宣傳推廣,還做了一些創(chuàng)造性的工作:


①從眾多整定方法中找到和確定了PID參數(shù)整定的定量方法,嘗試在一個框架下解決各種類型被控對象的PID參數(shù)整定問題。


②Lambda整定理論和實踐的結(jié)合。把整定理論根據(jù)實踐中的問題進(jìn)行了工程化擴(kuò)展,既突破了分析設(shè)計方法,又?jǐn)U大了適用范圍,推動Lambda整定方法的工程化改進(jìn)。


③基于響應(yīng)曲線和λ選擇進(jìn)行PID參數(shù)整定,并沒有使用更復(fù)雜的系統(tǒng)辨識知識,而是使用更直觀的響應(yīng)曲線得到Lambda整定所需的控制模型參數(shù),欠阻尼、大純滯后、非最小相位、積分等各類被控對象都可以應(yīng)用響應(yīng)曲線確定PID參數(shù)。


④發(fā)展和改進(jìn)了積分對象的Lambda整定方法。積分對象如果直接使用分析設(shè)計方法,將得到一個純比例控制器,為了消除余差又不振蕩,對積分對象我們也使用了比例積分控制并進(jìn)一步確定了積分時間的計算公式。


⑤使用統(tǒng)一模型結(jié)構(gòu)描述自衡對象和積分對象。自衡對象和積分對象的Lambda整定方法使用一樣的比例增益計算方法和λ選擇依據(jù),簡化和統(tǒng)一了Lambda整定方法。

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