PID控制器比例、积分、微分控制规律优缺点及适用场合

2017/3/5 15:53:53 人评论 次浏览 分类:过程控制  文章地址://www.e-cumulus.com/tech/1280.html

PID控制器综合了比例、积分和微分控制规律,昌晖仪表在本文总结了各种控制规律的特点及使用场合,供大家比较使用。
 
P控制规律
比例控制的输出信号与输入偏差成比例关系。偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用以减小偏差,是最基本的控制规律。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
 
I控制规律
对于一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个系统是有差系统。为了消除稳态误差,必须引入积分控制规律。积分作用是对偏差进行积分,随着时间的增加,积分输出会增大,使稳态误差进一步减小,直到偏差为零,才不再继续增加。因此,采用积分控制规律的主要目的就是使系统无稳态误差,提高系统的准确度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI,TI越大,积分作用越弱,反之则越强。

由于积分引入了相位滞后,使系统稳定性变差。因此,积分控制一般不单独使用,通常结合比例控制构成比例积分(PI)控制器。
 
D控制规律
在微分控制中,控制器的输出与输入偏差信号的微分(即偏差的变化率)成正比关系。可减小超调量,并能在偏差信号的值变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减少调节时间。

微分控制反映偏差的变化率,只有当偏差随时间变化时,微分控制才会对系统起作用,而对无变化或缓慢变化的对象不起作用。因此微分控制在任何情况下不能单独与被控制对象串联使用。

需要说明的是,对于一台实际的PID控制器,如果把微分时间TD调到零,就成为一台比例积分控制器;如果报积分时间TI放大到最大,就成了一台比例微分控制器;如果把微分时间调到零,同时把积分时间放到最大,就成了一台纯比例控制器。

由于PID控制规律综合了比例、积分、微分三种控制规律的优点,具有较好的控制性能,因而应用范围更广。PID控制器可以调整的参数是KP、TI、TD。适当选取这三个参数的数值,可以获得较好的控制质量,实际应用过程中很多工程技术人员对PID参数整定不是很理想,这是应选择自整定功能强和控制算法先进的人工智能调节器,方便获得最佳的PID参数。在选择PID控制规律时,应根据被控对象的动态、静态特性以及实际控制要求和控制品质来选择。云南昌晖仪表制造有限公司给出了各种控制规律的特点及使用场合,供大家比较使用。 
 
位式控制规律应用
优缺点:位式控制结构简单,价格便宜;控制质量不高,被控变量会震荡。
适用场合:位式控制适用于对象容量大,负荷变化小,控制质量要求不高,允许登幅震荡场合。
位式控制仪表介绍:位式控制常用的有三位控制和四限控制两类,比如显示控制仪双回路显示控制仪就属于三位控制仪,每一路输入信号有两限报警输出;四限报警控制仪每一路输入有四限报警输出。
位式控制作用下输入e与输出P(或P的关系):P=Pmax(e>0);P=Pmin(e<0)。
阶跃作用下位式控制的响应(阶跃幅值为A):
阶跃作用下位式控制的响应



比例控制规律应用
优缺点:比例控制结构简单,控制及时,参数整定方便;控制结果又稳态误差。
 适用场合:比例控制规律适用于对一阶惯性对象,负荷变化不大,工艺要求不高,如果用于压力、液位、串级副控回路等场合,可采用比控制。
比例控制作用下输入e与输出P(或P的关系):P=Kpe
阶跃作用下比例控制的响应(阶跃幅值为A):
阶跃作用下比例控制的响应



比例积分控制规律应用
优缺点:比例积分控制规律能消除稳态误差;积分作用控制慢,会使系统稳定性变差。
适用场合:比例积分规律适用于对象滞后较大,负荷变化较大,但变化缓慢,要求控制结果无稳态误差场合。比例积分规律广泛用于压力、流量、液位和那些没有大的事件滞后的具体对象。
比例积分控制作用下输入e与输出P(或P的关系):

阶跃作用下比例积分控制的响应(阶跃幅值为A):
阶跃作用下比例积分控制的响应

比例微分规律应用
优缺点:比例微分规律响应快,偏差小,能增加系统稳定性,有超前控制作用,可以克服对象的惯性;但控制作用有稳态误差。
适用场合:比例微分规律适用于对象滞后较大,负荷变化不大,被控变量变化不频繁,控制结果允许有稳态误差存在的场合。
比例微分控制作用下输入e与输出P(或P的关系):

阶跃作用下比例微分控制的响应(阶跃幅值为A):
阶跃作用下比例微分控制的响应

比例积分微分规律
优缺点:控制质量最高,无稳态误差;但参数整定较麻烦。
适用场合:比例积分微分规律适用于对象滞后较大,负荷变化也较大,控制性能要求高的场合。适用于过热蒸汽温度控制、pH值控制等过程控制。
PID控制器介绍:国内很多仪表厂生产的调节器为经典控制算法的控制器,用在温度控制或复杂工况时控制效果一般,建议大家使用控制算法更先进的人工智能控制器模糊PID控制器等。
比例积分微分控制作用下输入e与输出P(或P的关系):

阶跃作用下比例积分微分控制的响应(阶跃幅值为A):
阶跃作用下比例积分微分控制的响应