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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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TITLE:比例控制(P) (Proportional control action), d( f/ q) d7 @& b2tech.cn

; {3 @& O+ G5 f, z! s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。
4 r" v, K6 b- c" I( K
6 _: m4 W& a$ x4 P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:
$ f; }8 a  c, h& ?5 w0 B8 o, R: e9 D
5 S2 `7 \, s! l! }7 P- N# Z 环境学社1.jpg
" b' G' s( `0 g( O$ X图2:比例带与输出的关系。
, h' `9 P5 D; K% ^  u6 h
* A; U* m4 d$ {- k& k- s4 X稳态误差(Off set)
, F9 q$ X% i# a/ q, S  B8 ^' H# v1 g; B  t2tech.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。
6 R$ F  `) T& B, d) o8 Q
7 J2 d5 |3 t+ G 环境学社2.jpg : J$ z6 M( @4 ^! ^: h7 }5 a2tech.cn
图3:比例控制产生的off set。/ f7 b: J; w5 l7 F4 Q% a8 F+ X2tech.cn
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手动复位(Manual reset)2 o) ]: x" i8 l9 v* Y3 y2tech.cn
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式1:MR: manual reset值。
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$ V- J% Y! t) F3 U" Y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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9 X/ Q- Y9 ~/ V; b/ I$ M, v 环境学社4.jpg / |3 n# t6 N  [# f* i4 S7 ?3 f3 ~2tech.cn
图4
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积分控制

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( J. @" u& n, i- M积分控制(I) (Integral control action)* U% Y! g5 ^5 A* Y; d* Z2tech.cn
: S9 u/ N6 d+ _& Q2tech.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。7 W+ I8 {% [7 w/ l. I* u% J2tech.cn

3 ?/ T6 k  k$ l# ?4 `; P! M7 p) Q5 B4 z 环境学社3.jpg 9 ]1 G7 x& o, q& a, a# h2tech.cn
图5+ V' ~3 M" u9 D" H% K* B2tech.cn

! P/ ?7 b- o$ p- e) X积分时间的定义:: i1 {9 }! U) w7 b/ L) ]% _! P2tech.cn

7 m3 [6 J2 g. b' z/ d. C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。$ w" ~+ J) y8 n7 _. B2tech.cn

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微分控制

) N* ]  R3 V* G2 T' P$ G
4 X$ }- j; a) W微分控制(D) (Differential control action)& M7 w( c7 D# b, `. d' y6 g2tech.cn

6 F/ E5 `" ?9 O3 L! \6 x0 V  g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。% W* [' K  h# n' q# g2tech.cn

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. a) `, W3 ]3 M4 U0 T+ \, f0 w图6
% g( M3 d( x3 o2 z$ x
- t! u- F; k6 v5 d; m1 T微分时间的定义:* r* M9 f2 G( L3 C1 ?2 d+ i- z2tech.cn

, c1 d6 t! H2 M, U! @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。$ x! m7 W: Q/ U1 b3 h2tech.cn

3 M2 C" W- ^/ `% w# p6 A" j

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