PID在工業(yè)領(lǐng)域中得到了諸多應(yīng)用，由此也產(chǎn)生了諸多的PID產(chǎn)品。比如，PLC就是基于PID實(shí)現(xiàn)的。為增進(jìn)大家對(duì)PID的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)PID參數(shù)自整定中的臨界比例度法予以介紹，并介紹PID的優(yōu)缺點(diǎn)。如果你對(duì)PID具有興趣，不妨和小編一起來(lái)繼續(xù)往下閱讀哦。

一、PID參數(shù)自整定之臨界比例度法

在某些應(yīng)用場(chǎng)合，比如通用儀表行業(yè)，系統(tǒng)的工作對(duì)象是不確定的，不同的對(duì)象就得采用不同的參數(shù)值，沒法為用戶設(shè)定參數(shù)，就引入?yún)?shù)自整定的概念。實(shí)質(zhì)就是在首次使用時(shí)，通過N次測(cè)量為新的工作對(duì)象尋找一套參數(shù)，并記憶下來(lái)作為以后工作的依據(jù)。具體的整定方法有三種：臨界比例度法、衰減曲線法、經(jīng)驗(yàn)法。

1.1 在純比例作用下，逐漸增加增益至產(chǎn)生等副震蕩，根據(jù)臨界增益和臨界周期參數(shù)得出PID控制器參數(shù)，步驟如下：

(1)將純比例控制器接入到閉環(huán)控制系統(tǒng)中(設(shè)置控制器參數(shù)積分時(shí)間常數(shù)Ti =∞，實(shí)際微分時(shí)間常數(shù)Td =0)。

(2)控制器比例增益K設(shè)置為最小，加入階躍擾動(dòng)(一般是改變控制器的給定值)，觀察被調(diào)量的階躍響應(yīng)曲線。

(3)由小到大改變比例增益K，直到閉環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。

(4)系統(tǒng)出現(xiàn)持續(xù)等幅振蕩時(shí)，此時(shí)的增益為臨界增益(Ku)，振蕩周期(波峰間的時(shí)間)為臨界周期(Tu)。

1.2 采用臨界比例度法整定時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)在采用這種方法獲取等幅振蕩曲線時(shí)，應(yīng)使控制系統(tǒng)工作在線性區(qū)，不要使控制閥出現(xiàn)開、關(guān)的極端狀態(tài)，否則得到的持續(xù)振蕩曲線可能是“極限循環(huán)”，從線性系統(tǒng)概念上說系統(tǒng)早已處于發(fā)散振蕩了。

(2)由于被控對(duì)象特性的不同，按上表求得的控制器參數(shù)不一定都能獲得滿意的結(jié)果。對(duì)于無(wú)自平衡特性的對(duì)象，用臨界比例度法求得的控制器參數(shù)往住使系統(tǒng)響應(yīng)的衰減率偏大(ψ>0.75 )。而對(duì)于有自平衡特性的高階等容對(duì)象，用此法整定控制器參數(shù)時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)衰減率大多偏小(ψ<0.75 )。為此，上述求得的控制器參數(shù)，應(yīng)針對(duì)具體系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中進(jìn)行在線校正。

(3) 臨界比例度法適用于臨界振幅不大、振蕩周期較長(zhǎng)的過程控制系統(tǒng)，但有些系統(tǒng)從安全性考慮不允許進(jìn)行穩(wěn)定邊界試驗(yàn)，如鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)。還有某些時(shí)間常數(shù)較大的單容對(duì)象，用純比例控制時(shí)系統(tǒng)始終是穩(wěn)定的，對(duì)于這些系統(tǒng)也是無(wú)法用臨界比例度法來(lái)進(jìn)行參數(shù)整定的。

(4)只適用于二階以上的高階對(duì)象，或一階加純滯后的對(duì)象，否則，在純比例控制情況下，系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)等幅振蕩。

二、 PID的優(yōu)缺點(diǎn)

由PID原理介紹及當(dāng)前應(yīng)用情況可知，PID算法具有原理簡(jiǎn)單，且易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立，參數(shù)的選定比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，這也是工業(yè)廣泛采用PID控器的原因。并且有人已在理論上證明，對(duì)于過程控制的典型對(duì)象——“一階滯后+純滯后”與“二階滯后+純滯后”的控制對(duì)象，PID控制器是一種最優(yōu)控制。

盡管PID控制器有諸多的優(yōu)點(diǎn)，但是它也具有天然的缺陷——P、I、D三者之間是線性組合關(guān)系，導(dǎo)致系統(tǒng)總是會(huì)出現(xiàn)“超調(diào)”、“震蕩”等問題，而現(xiàn)有的數(shù)學(xué)工具還是不足以支撐我們找到一個(gè)“通解”。體現(xiàn)在實(shí)際的應(yīng)用中，由于被控過程往往機(jī)理復(fù)雜，具有高度非線性、時(shí)變不確定性和純滯后等特點(diǎn)，特別是在噪聲、負(fù)載擾動(dòng)等因素的影響下，過程參數(shù)甚至模型結(jié)構(gòu)均會(huì)隨時(shí)間和工作環(huán)境的變化而變化，最終導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法滿足控制需求。

2002年美國(guó)的一次統(tǒng)計(jì)報(bào)告中指出，目前美國(guó)有超過11600個(gè)具有PID控制器結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)器，然而只有1/3的PID控制器在實(shí)際應(yīng)用中取得了令人滿意的控制效果，2/3的PID控制系統(tǒng)的控制性能達(dá)不到用戶所期望的要求。

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