
圖1 積分對象PID控制效果示意圖
從圖1我們可以得到關于積分對象比例積分控制的幾個認識:
①最優參數情況下,控制回路做設定值階躍變化,過程變量應表現為有超調無振蕩而且過渡時間最短。這是魯棒性和控制性能俱佳的最強PID控制作用。
②使閉環系統穩定的參數范圍很大,尋找又穩又快的PID控制器參數是PID參數整定的難點和關鍵。
③從中間一行和中間一列的響應曲線可知,單一參數的翻倍或減半,積分對象設定值階躍響應都是穩定的,說明小幅度參數整定往往不奏效。
④積分對象自身有積分作用,積分對象再使用比例積分控制器時,由于閉環系統中有兩個積分環節,積分對象過程變量的響應曲線總是有超調。雖然積分對象自身有積分作用,但是如果使用純比例控制器,閉環系統還是會有余差。
⑤從上面一行的響應曲線可以看出,如果比例作用太強,PID控制器輸出會表現出振蕩特性。如果積分作用不太強的話,就表現為與過程變量同相位振蕩,如果積分作用也太強則振蕩加劇。如果是比例作用引起的同相位振蕩,僅僅簡單地加大積分時間、減弱積分作用往往不能完全消除振蕩。
⑥從中間一行的響應曲線可以看出,如果比例作用合適,太強的積分作用會造成PID控制器輸出和過程變量的異相位振蕩,如果積分作用太弱,則會造成過程變量的拖尾現象。
⑦從左中響應曲線圖([0.5TI,Kc])、左下響應曲線圖([0.5T,0.5Kc])、中下響應曲線圖([TI,0.5Kc])可以看出,如果比例增益和積分時間的乘積太小,積分對象設定值階躍響應都會振蕩。
⑧從中間響應曲線圖([TI,Kc])、右中響應曲線圖([2TI,Kc])、右下響應曲線圖([2T,0.5Kc])可以看出,如果比例增益和積分時間的乘積夠大,積分對象設定值階躍響應都不會振蕩。
⑨從左中響應曲線圖([0.5TI,Kc])可以看出如果是不太明顯的異相位振蕩,僅僅減小比例增益振蕩不會消失,反而會因為比例增益和積分時間的乘積更小導致更大更緩慢的振蕩。增加積分時間,使比例增益和積分時間的乘積變大,系統才能從振蕩中擺脫出來。
⑩積分對象振蕩的兩個根源:a、比例增益太大;b、比例增益和積分時間的乘積太小。