В контроле PID существуют три параметра: P, I и D. Какова их функция?

Thread Content

В контроле PID существуют три параметра: P, I и D. Только понимая значение и функцию этих трех параметров, можно настроить параметры контроллера PID так, чтобы он обеспечивал наилучший уровень контроля. Умение профессионально настраивать параметры PID и переводить автоматические контрольные системы в автоматический режим свидетельствует о уровне навыков инженеров в области автоматизации. Однако многие люди на самом деле не владеют навыками управления с помощью метода PID и настройки его параметров. В этой статье рассказывается о функциях параметров P, I и D в контроллере PID. Пропорциональное управление. Пропорциональный регулятор по сути представляет собой усилитель с регулируемым коэффициентом усиления; формула выражения: △P = Kp×e, где Kp — это коэффициент пропорциональности. Значение Kp может быть как больше 1, так и меньше 1 ； e — это вход контроллера, то есть разница между измеренным значением и заданным значением, которая также называется отклонением. Следует отметить, что для большинства аналоговых контроллеров в качестве единицы измерения не используется коэффициент пропорциональности Kp, а применяется показатель пропорциональности, то есть δ=1/Kc×100%. Другими словами, коэффициент пропорциональности пропорционален обратной величине усиления контроллера ； Чем меньше коэффициент пропорциональности контроллера, тем выше его усиливающий коэффициент и тем больше его способность усиливать отклонения; наоборот. Понимая вышеуказанную связь, можно сделать вывод: чем больше степень пропорциональности, тем меньше коэффициент усиления контроллера, и тем плавнее будет кривая управляемого параметра ； Чем меньше коэффициент пропорциональности, тем больше усиление контроллера, и тем сильнее колеблются кривые управляемых параметров. У пропорционального управления есть недостаток: оно приводит к наличию остаточных ошибок. Чтобы преодолеть эти ошибки, необходимо ввести интегральный элемент управления. Интегрирующее действие. Интегрирующее действие контроллера предназначено для устранения остаточных отклонений в автоматической системе управления. Так называемая интеграция означает накопление с течением времени; то есть, когда существует отклонение входного сигнала e, контроллер с интеграцией должен постоянно накапливать это отклонение со временем. Скорость накопления интеграла пропорциональна величине отклонения e и скорости интегрирования. Пока существует отклонение e, выход устройства управления с интеграцией должен меняться; другими словами, интеграция всегда действует, и она прекращается только тогда, когда отклонения нет. При постоянном смещении суть регулирования с использованием интеграции заключается в изменении скорости изменения выходного сигнала контроллера. Эта скорость определяется временем, необходимым для того, чтобы выходной сигнал, получаемый в результате интеграции, стал равен выходному сигналу, получаемому в результате пропорционального регулирования. Малое время интегрирования означает высокую скорость интегрирования, а значит, более сильное действие интеграции ； Напротив, чем больше время интегрирования, тем слабее эффект интегрирования. Если время интегрирования бесконечно велико, это означает отсутствие эффекта интегрирования, и контроллер превращается в чисто пропорциональный контроллер. На самом деле функция интегрирования редко используется в одиночку; обычно она применяется вместе с функцией пропорциональности. Это позволяет получить как эффект увеличения (или уменьшения) отклонения, характерный для функции пропорциональности, так и эффект накопления отклонений со временем, характерный для функции интегрирования. При этом направление их действия совпадает. В этот момент выходной сигнал контроллера равен: △P = Ke + △Pi, где △P — это изменение значения выходного сигнала контроллера ； Ke — выход, обусловленный пропорциональным действием ； △Pi — это выход, обусловленный интегральным действием. Дифференциальное управление. Дифференциальное управление используется в основном для преодоления задержек в действии управляемого объекта и часто применяется в системах управления температурой. Помимо применения дифференциальных методов, при использовании систем управления необходимо учитывать проблему задержки в передаче сигналов, такую как выбор датчиков температуры и их место установки. В обычном контроллере PID изменение выходного сигнала, обусловленное дифференциальным действием, пропорционально скорости изменения отклонения и времени дифференцирования, независимо от величины самого отклонения. Чем больше скорость изменения отклонения и чем длиннее время дифференцирования, тем больше будет изменение выходного сигнала, обусловленное дифференциальным действием. Но если дифференциальное воздействие слишком сильно, это может привести к возникновению колебаний из-за слишком быстрых изменений; в результате в выходных сигналах контроллера появляются значительные «пики» или резкие скачки. Чтобы избежать таких возмущений, в регуляторах типа PID и системах DCS можно использовать схему работы PID с дифференциальным управлением. При этом производится дифференцирование только значения измерения PV. Когда человек изменяет заданное значение SP регулятора, это не приводит к резким изменениям на выходе регулятора, тем самым избегая возмущений в системе управления, возникающих в момент изменения SP. Как в случае с TDC-3000, в стандартный алгоритм PID добавляется «мягкий переключатель»; при настройке пользователь может выбрать, будет ли контроллер выполнять дифференцирование отклонения или значений измерений. Коэффициент дифференциального усиления Kd, то есть усиление при дифференциации, представляет собой отношение максимальной величины изменения выходного сигнала в начале работы дифференциатора к величине изменения выходного сигнала после прекращения действия процесса дифференциации. Единицей измерения коэффициента дифференциального усиления является время. При установке значения времени дифференциации (или коэффициента дифференциального усиления) равным нулю функция дифференциации отключается. Для того чтобы было легче запомнить функции производной, интеграла и дифференциала, приводятся три коротких стишка в качестве справки. Короткая песенка о пропорциональном действии: Пропорциональный регулятор — как усилитель ； Появляется отклонение, оно усиливается и передается дальше ； На сколько увеличение? Внимательно посмотрите на регулятор ； Шкала пропорций увеличена, коэффициент увеличения низкий. Пословица об интегративном действии: перенастраиваем регулятор, накопление — это сила ； Пока существует отклонение, накопление не прекращается ； Накопление быстрое и медленное, внимательно смотрите на регулятор ； Время интегрирования велико, скорость накопления низка. Короткая песенка о дифференцировании. Когда речь идет о дифференциале, в этом нет ничего таинственного ； При поступлении импульсного входного сигнала выходный сигнал резко возрастает ； Быстрое или медленное падение: внимательно смотрите на регулятор ； Если время дифференцирования велико, падение происходит медленнее. Пояснение к регулятору перенастройки: «перенастройка» означает повторное задание параметров, поскольку интеграционный эффект в контроллере и выполняет функцию перенастройки. Раньше контроллер с пропорционально-интегральным управлением называли регулятором с перенастройкой.