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PID控制——比例控制、积分控制、微分控制

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天地我心 发表于 2019-9-7 12:47 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
比例控制
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. p6 P( A: B8 |" j7 x0 m/ D+ b2tech.cn
TITLE:比例控制(P) (Proportional control action)& \, F; t- [# T7 u2tech.cn
. V! r! T+ B# Q! Q5 n2tech.cn
比例控制(P)是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。根据设备有所不同,比例带一般为2~10%(温度控制)。但是,仅仅是P控制的话,会产生下面将提到的off set (稳态误差),所以一般加上积分控制(I),以消除稳态误差。' ~2 P3 Q1 b8 M: i7 W2tech.cn
2 u* I0 q/ }7 l( _, ~& ?# z2tech.cn
比例带与比例控制(P)输出的关系如图所示。用MVp运算式的设定举例:
* _0 B5 T! l5 ?0 P) h
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' T% S6 G8 E5 e( I7 _: o# @7 }/ C9 C图2:比例带与输出的关系。, T+ |" I3 k$ V4 ~2tech.cn
2 a# ^/ |; m; ?; H0 `2tech.cn
稳态误差(Off set)3 E$ s9 C: \9 ], P' S- _" q' B- e2tech.cn
, t2 [* c$ I) K  m2tech.cn
比 例控制中,经过一定时间后误差稳定在一定值时,此时的误差叫做稳态误差(off set)。仅用比例控制的时候,根据负载的变动及设备的固有特性不同,会出现不同的稳态误差。负载特性与控制特性曲线的交点和设定值不一致是产生稳态误差 的原因。比例带小时不会产生。为消除稳态误差,我们设定手动复位值--manual reset值(MR),以消除控制误差。& i6 K/ s  L  G" W/ _4 X  @9 G  U2tech.cn
! c6 \: N; m2 y5 p( X. v/ p2 J" I; I* m2tech.cn
环境学社2.jpg 2 g1 \% \* e: \  O3 A( T. K2tech.cn
图3:比例控制产生的off set。% K- {/ C, `* Z4 E8 F, e2tech.cn

. q% W1 @9 W% Z手动复位(Manual reset)
! F& e$ `$ E) R' H
* _# }" E2 e" n/ {# ^1 u" j式1:MR: manual reset值。2 _2 T6 p% U, a3 y( M- s2tech.cn

5 w8 b3 C& P  t( B4 ^$ Q! S如 前所述,仅用比例控制不能消除稳态误差。为此,将MR(manual reset值)设为可变,则可自由整定(即调整)调节器的输出。只要手动操作输出相当于off set的量,就能与目标值一致。这就叫做手动复位(manual reset),通常比例调节器上配有此功能。在实际的自动控制中,每次发生off set时以手动进行reset的话,这样并不实用。在后面将叙述的积分控制功能,能自动消除稳态误差。
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$ E' H9 z( \1 ?4 e: D/ n: h6 r图4
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积分控制
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积分控制(I) (Integral control action)( k0 j1 \7 G3 ]) ?+ V/ N2tech.cn

0 c7 k6 A( A. I7 J5 W所谓积分控制(I),就是在出现稳态误差时自动的改变输出量,使其与手动复位动作的输出量相同,达到消除稳态误差的目的。当系统存在误差时,进行积分控制,根据积分时间的大小调节器的输出会以一定的速度变化,只要误差还存在,就会不断的进行输出。# {) o. ~; E& ^0 J9 g+ C+ U2tech.cn
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+ s/ ?( b+ {9 R  r: o% ^8 e8 M  b/ L; r! u2 m+ P8 C- E2 f2tech.cn
积分时间的定义:
$ e' T, K) K  \! Z9 c2 R, E- v8 s3 |, f. ~. }8 B" }0 S2tech.cn
当积分项和比例项对于控制器的输出的贡献相同,即积分作用重复了一次比例作用时所花费的时间,就是积分时间。) x. l2 J  F0 Y6 Q: @; m' _7 q2tech.cn

9 M+ h: r3 \7 j
微分控制

$ K) k9 R+ {$ A2 n! t- ]. r1 m6 E
, s, l$ [' X  Q  b微分控制(D) (Differential control action)/ K' q+ s+ e, i: o/ J$ \% ~: g  N9 C2tech.cn
0 T  U; m8 Z, [0 }* M0 l5 g2tech.cn
微分控制(D)的功能是通过误差的变化率预报误差信号的未来变化趋势。通过提供超前控制作用,微分控制能使被控过程趋于稳定。因此,它经常用来抵消积分控制产生的不稳定趋势。
1 l, B# R& u4 ~& X, k1 E1 ~; u" M2tech.cn
环境学社5.jpg : h0 K( C& H7 s, c% [# M2tech.cn
图6
8 }0 K5 |3 D0 [0 C6 D
: S5 X4 p# F  p: ^; Y微分时间的定义:
8 K. c6 m* t; N
4 o4 h; J. h6 P3 z) H当输入量持续的以一定速率变化时,微分项和比例项对于控制器的输出的贡献相同,即微分作用重复了一次比例作用时所花费的时间,就是微分时间。! q, F4 T/ }! @* @4 y2tech.cn
3 H! w) M4 o. {- Q( e2tech.cn

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