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⑥微分控制 误差的微分就是误差的变化速率，误差增大时，微分为正；误差减小时，微分为负。控制器输出的微分与误差的微分成正比，这反映了被控量变化的趋势。 有经验的操作人员往往在温度上升过快，但是尚未达到设定值时，会预感到温度将会超过预先的设定值，而出现超调现象，于是会及时调节电位器的旋转角度，提前减小加热的电流。  图2 阶跃响应曲线 上图2中的c(∞)为被控量c(t)的稳态值或被控量的期望值，误差e(t)=c(∞)-c(t)。在图2中启动过程的上升阶段，被控量尚未超过其稳态值，但是因误差e(t)不断减小，误差的微分和控制器输出的微分部分为负值，减小了控制器的输出量，相当于提前给出了制动作用，所以可以减少超调量。因此微分控制具有超前和预测的特性，在超调尚未出现之前就能提前起到控制作用。 对于有较大的滞后特性的被控对象，如果PI控制的效果不是很理想，可以考虑适当的增加微分控制量，用以改善系统在调节过程中的动态特性。如果将微分时间设置为0，微分部分不发生作用。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 微分控制的缺点是对干扰噪声比较敏感，使系统抑制干扰的能力降低，因此可在微分部分增加惯性滤波环节，滤除干扰噪波。 3、PI控制 调节器输出中的积分与当前的误差值和过去历次误差值的累加值成正比，因此积分作用本身就具有严重的滞后特性，对系统的稳定性不利。此时的积分系数设置得不合理，其负面作用就很难通过积分的作用迅速地进行修正。如比例项没有延迟，只要误差出现，比例部分就会立即起作用。因此积分作用很少单独使用，它往往与比例和微分联合使用，组成PI或PID控制器。 PI和PID调节器不仅克服了单纯的比例调节有稳态误差的缺点，并且避免了单纯的积分调节响应慢、动态性能不好的缺点，因此在实际工作中被广泛使用。 4、综合调试 比例，积分和微分，三者相互作用的关系是：比例主要起调节作用，是主导性的。 积分作用是辅助调节作用；微分作用是补偿作用。在实际调试时可按照以下步骤进行： ①首先检查PID调节器，关掉积分作用和微分作用，先调整P。即令I＞3600s，D=0s，将P由大往小调整达到能快速响应，又不产生振荡为好，最后需要结合控制的量程进行估算。 ②当P调好后再调整I，I值由大往小调，以便能够快速响应，消除静差，而又不产生超调为止，调整中应考虑与系统惯性时间常数相匹配。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 ③在P、I参数调好后，再调D值。系统D=0，1或2，在滞后较大的系统，D值才可以调大些。 ④PID参数修改后，可以少量调整给定值，观察系统的跟踪响应情况，判断PID参数是否合适。 ⑤如果P值太小，I值太小或D值太大均会引起系统超调而发生振荡。 ⑥对于个别系统，如加温快降温慢，或升压快降压慢，或液位升得快降得慢等不平衡系统是很难控制的，更难兼顾动态指标，这种情况下往往只能将P调大些，I值也调大些，牺牲动态指标来保证稳态指标。 在调整PID调节器参数时，应先根据调节器的参数与所在系统动态和稳态性能之间的关系，用现场实验的方法不断调节调节器的参数。在调试中最重要的问题是在系统性能无法达到令人满意的效果时，要知道应该调节哪一个参数，该参数应该增大还是减小。假如阶跃响应的超调量过大，经过多次振荡后才能逐步稳定或者根本无法稳定，此时，应减小比例系数、增大积分时间。如阶跃响应没有超调量，但是被控量变化过于缓慢，应按相反的方向调整参数值。 经反复调节比例系数和积分时间，但超调量仍然较大，此时就可以加入微分控制，微分时间从0逐渐往大调节。 |