认识PID(9)| 如何使用Lambda整定方法?

文摘   科技   2024-10-24 07:01   陕西  

系列篇:

认识PID(1)| 何为自动控制?

认识PID(2)| 何为反馈?
认识PID(3)| 为什么需要PID算法?
认识PID(4)| 为什么控制回路中过多的比例增益会使其不稳定?
认识PID(5)| 何为积分作用?
认识PID(6)| 何为微分作用?

认识PID(7)| APC将替代PID?

认识PID(8)| 如何辨识响应曲线?

01

下表给出了给定自衡模型(K、T、τ)和用户指定的闭环响应速度时,用于计算PID控制器整定参数(P、I、D)的公式。
表 1 自衡模型的Lambda整定方法

对于P、I、D,除上述公式外,自衡模型的λ取值范围如下:

λ的默认推荐值:λ=3τ

λ的最小推荐值:λ=τ

注意,λ没有出现在I和D的计算中。这意味着在对自衡模型使用Lambda整定方法时,响应速度完全由控制器增益(P)定义。

因为自衡模型只是被控对象的等效一阶纯滞后模型,所以在实际应用中λ仍可以反映闭环响应速度,但是可能和期望闭环时间常数有出入。

当自衡对象响应曲线有明显振荡或者反向特征时,λ应谨慎选择推荐值。

当等效纯滞后时间很小时,λ的选择范围很大,此时应综合对控制器输出的要求选择。如果取值已经很大仍不能满足对控制器输出的要求,可以考虑使用比例微分先行的PID形式。

02

下表给出了给定积分模型(K、T、τ)和用户指定的闭环响应速度时,用于计算PID控制器整定参数(P、I、D)的公式。

表 2 积分模型的Lambda整定方法

对于K、T、T除上述公式外,自衡模型的λ取值范围如下:

λ的默认推荐值:λ=3τ

λ的最小推荐值:λ=τ
在积分对象中T/K恒定,这样积分时间就不能用于确定积分时间。直接使用Lambda将得到一个纯比例控制器。为了消除余差引入了不会引起闭环阶跃响应振荡的积分时间。因为闭环系统中存在两个积分器,所以积分对象的设定值阶跃响应会有超调。并不能得到期望一阶纯滞后闭环响应,这是工程化造成的。

Lambda整定方法比上面的描述其实要复杂很多。一般应用起来只需要知道这个整定方法很好用就可以了。我们对这个整定方法进行了深入的研究。下面是这个方法的几个特点:

1.基于响应曲线获得控制模型

2.只使用PI两个参数,而且积分时间等于时间常数

3.是包括工程改进的一套整定方法

4.最优闭环性能为有超调无振荡

5.整定方法鲁棒,模型失配影响小

6.闭环性能可调

03

下面的这几个公式能说明Lambda的工程改进,理解背后的道理需要更多理论基础。

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