PID——比例积分微分作用的特征曲线分析 点击:0 | 回复:0



陈石头

    
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发表于:2011-10-01 23:20:11
楼主
比例积分微分三个作用各有各的特点。这个必须要区分清楚。温习一下:

比例作用:输出与输入曲线相似。

积分作用:只要输入有偏差输出就变化。

微分作用:输入有抖动输出才变化,且会猛变化。

增加微分功能后,调节曲线更复杂点,也更难理解点。如果我们把这一节真正掌握后,参数整定问题也就不算大了。

如下图所示:


图6:比例积分微分作用下的调节曲线示意图

如图6所示,当设定值有个阶跃后(T1时刻),因为设定值属于直线上升,此时上升速率接近于无穷大,所以理论上讲,调节器输出应该波动无穷大,也就是直接让输出为100%或者0%。可是,调节器的速率计算是每一时刻的变化量除以扫描周期,所以当一个小的阶跃到来的时候,调节器输出不一定达到最大。总之,阶跃量使得输出急剧波动。

所以,当系统存在微分增益的时候,如果我们要修改或者检查被微分处理的信号,就要小心了,最好是退出自动。(存在微分的被调量检修时,PID进入手动)

当微分增益发挥作用后,随之微分使得输出回归,回归时间与微分时间有关系。

微分时间使得输出一直下降,本该回复到初始值。可是在T1时刻,比例发挥作用,使得输出恢复到比例输出的基础;积分发挥作用,使得在比例的基础上再增加一些,增加量与积分时间有关。所以,T2时刻输出是个拐点,开始回升。

T3时刻,当输出的调节使得被调量发生改变的时候,比例使得输出随之下降;积分使得输出上升速率开始降低,但仍旧上升;微分使得输出下降。T3时刻开始,微分增益发挥作用后,微分时间本来需要输出回归,输出减小,可是因为被调量在不断的下降,所以微分增益的作用始终存在,输出继续下降。

T4时刻,比例作用盖过积分,比例积分开始回调。

T5时刻,积分作用为0,被调量越过零后,开始出现正偏差,积分也会向正向发挥作用,所以比例积分微分作用曲线更陡了。

T6时刻是个关键的时刻。因为如果没有微分作用,这个时刻就不是关键点。此时被调量的变化开始变缓慢,微分时间使得系统回调收缩。微分时间越短,T6时刻越靠前,足够短的时候,会发生很多毛刺。毛刺增加了执行机构的动作次数,增加了不必要的调节浪费,对系统调节有害。

下图是微分时间过短造成的调节毛刺:


图7:微分时间过短造成输出波形有毛刺

T8时刻,被普遍认为是微分的超前调节发挥作用的时刻。此时被调量刚开始回调,而微分作用使得输出“提前”调节了一些。

对于微分的超前调节作用,个人认为,T6和T8时刻,同样值得关注。

还需要说明的是,毛刺的产生不仅仅与微分时间有关,还与微分增益有关。他们是两个相关联的两个参数。当微分增益增大的时候,要消除毛刺,就要相应提高微分时间,反之减小。

可是如果为了消除毛刺而过分增大微分时间,就影响了T6时刻所带来的超前调节作用,超前调节作用就受到影响。合理搭配参数才能够起到良好的调节作用。

同样的道理,比例积分微分三个参数的大小也是相对的。比如说在比例带为80的时候,积分时间为120也许会感觉比较正常。可是当你把比例带调为200的时候,积分作用如果还不变化,那么积分就会对调节带来副作用,系统就可能不能稳定。这时候就需要你把积分时间也要增大。

我们在整定系统的时候,要有这么一个观念:比例积分微分三个参数的大小都不是绝对的,都是相对的。切不可以为我发现一个参数比较合适,就把这个参数固定死,不管别的参数怎么变化,永远不动前面固定的参数。这样的整定是机械的整定,要不得的。我们要在多个参数之间反复权衡,既要把握原则性,又要学会灵活性。


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