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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
3 q: A$ {$ M) P8 W8 h  W/ ?2tech.cn
0 N3 h2 R5 j/ ]4 j2tech.cn
TITLE:比例控制(P) (Proportional control action)
: E+ f7 f$ H2 l1 n5 ^! |8 @
8 z4 n3 P) e! @; _9 y( X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。
( J6 u7 e4 E" p# Z: N6 i1 x/ X, _$ R
3 G0 x; Q2 M! k& t6 M5 s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:
; D+ c  D  L2 l
: J$ {/ C( B1 I+ V* z6 d: e! f: E 环境学社1.jpg $ I) k2 l$ ]& n5 n; x2tech.cn
图2:比例带与输出的关系。  v. H/ q6 W& I9 J" S2tech.cn

9 W) `, J4 |2 B+ P" W& g3 Z% I% U* ]稳态误差(Off set)
( B" C6 T) R9 `! l, e! d+ w) H% r- c, A# |7 Y. K2tech.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。* W: c; |7 l! e% X) l' A2tech.cn

% Y9 i- w0 I' N8 ^; [1 D# g/ [/ H 环境学社2.jpg
2 g. P5 s3 c( d( F' q/ T图3:比例控制产生的off set。
0 m+ k0 H" t; Z
) G; ^: i+ F$ n1 c手动复位(Manual reset)3 w( ~1 C5 Q9 ~# ~" W8 y' X2tech.cn

% m, _* H8 ?1 {; d$ Q9 z式1:MR: manual reset值。2 r9 @: o! i: w5 u6 H2tech.cn
3 A6 {6 L- R3 w" L' R1 `+ P( F2tech.cn
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。  c2 E! [% ^" b2tech.cn

' x; w2 W8 u. g  Q  ~4 r* ^ 环境学社4.jpg
! T. C2 i( \& p3 H6 G图4! z1 @  h' H  o2tech.cn

) V9 {, q% ]" m! l
积分控制
  A& K: \2 R( c+ }2tech.cn

% u( N9 A" Y4 K4 X" N2 }$ j: C积分控制(I) (Integral control action)
! z+ l/ ?$ G7 t  @& z' u7 V* s. P" h, S1 M$ h  r2 c. E- ?- H2tech.cn
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。8 Y3 [8 L! C  N6 y9 I; |2tech.cn

- k. J6 P. j& D" _ 环境学社3.jpg
" A8 S! r) V$ b  n4 d图54 ^% u) R% H; y. Z, F3 S2tech.cn
5 O* }6 T. Q1 m5 d% ~2tech.cn
积分时间的定义:
% m2 z  w( Z& `/ _% d
; e9 J' z& ^8 ~& F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。6 P+ d7 r8 S- d1 Z" C% f/ ?! v+ s2tech.cn

- I+ Y3 T: C" K" y2 w
微分控制
' z. |7 T, w& Z) u- n* D) H8 P2 f2tech.cn
" C5 l( K. h# W, q6 L8 T- O! a7 J2tech.cn
微分控制(D) (Differential control action)
3 H; c3 r$ N. W- |( g( B; ]8 r+ ^& z2 I2 E' E9 B+ r2tech.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。
0 U! ^/ B4 l# J/ P9 N  O5 U
/ i/ _" c) a& E8 r: K) x: K 环境学社5.jpg
: z7 G, F+ b. t( e0 z) A图6' l+ d" G, m  i4 D# J2tech.cn
$ M% P7 W5 p# \4 e9 _/ O2tech.cn
微分时间的定义:
7 ^  U* C7 A  d1 ~- u4 ?. L% ~- V3 y5 x5 i2tech.cn
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。8 X7 w2 m8 D' m( k1 o* t2tech.cn
' q4 u# j, ~, R2tech.cn

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