PID校正装置
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PID 校正装置及PID 串联校正
在工程领域用于串联校正通常使用PID 调节器,即PID 装置,它是比例(Proportional )、积分(Integral )和微分(Derivative )控制规律组成的串联校正装置。
它的参数根据系统的希望特性来确定,其校正设计简单,易于工程实现。
PID 校正装置
PID 校正装置又称PID 调节器,它的控制规律可描述为
s K s
K K s G D I P C ++=)( (6-34) K P 是比例增益系数,其控制效果是减小系统响应曲线的上升时间及稳态误差但无法做到稳态误差为零,因此,单纯的P 校正是有差调节,一般不单独使用;K I 是积分增益系数,其控制效果是消除稳态误差,I 校正是无差调节,但它会延长过渡时间、增大超调量,甚至影响系统的稳定性,因此不单独使用;K D 是微分增益系数,其控制效果是增强系统的稳定性、减小过渡时间,降低超调量。
增益系数K P 、K I 、K D 增大时,对系统时域性能指标的影响可用下表描述。
上表中各参与性能指标之间的关系不是绝对的,只是表示一定范围内的相对关系。
因为各参数之间还有相互影响。
1个参数变了,另外2个参数的控制效果也会改变。
因此,在设计和整定PID 参数是,该表只起一个定性的分析的辅助作用。
在实际应用中,PID 调节器还有另外一种表现形式,即用时间常数表示的形式。
把式(6-34)变换为如下形式:
s K s K K s K K s K s K s K s G I
I P I
D I P D c 11)(22++=++= (6-35) 在实际应用中,PID 调节器还可以方便地设置成P 调节器和PI 调节器等,以适用于不同的场合和目的。
P 调节器的传递函数形式为
)(s G c = K P
P 调节器实质上是个具有可增益的放大器。
在信号变换过程中,P 调节器只改变信号的增益二不影响其相位。
在串联校正中,加大调节器增益K P ,可以提高系统的开环增益,减少系统稳态误差,从而提高系统的控制精度,但开环增益增加会降低系统的相对稳定性,甚至可能造成系统不稳定。
因此在系统校正设计中,很少单一使用。
PI 调节器的传递函数形式为
)1()1()(21++=ττTs
s s G 或
Ts
s s G )1()(1+=τ 在串联校正时,PI 调节器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点,同时也增加了一个位于原点的开环极点,同时也增加了一个位于S 左半平面的开环零点。
位于原点的极点可以提高系统的型别,以消除或减少系统的稳态误差,改系统的稳定性能;而增加的负实零点则用来减小系统的阻尼程度,缓解
和PI调节器极点对系统稳定性及动态过程产生的不利影响。
在控制系统中,Pi 调节器在改善控制系统的稳定性能方面得到广泛的应用。