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zczc777
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樓主  發(fā)表于: 2008-11-21 14:52
一個(gè)自動控制系統(tǒng)要能很好地完成任務(wù),首先必須工作穩(wěn)定,同時(shí)還必須滿足調(diào)節(jié)過程的質(zhì)量指標(biāo)要求。即:系統(tǒng)的響應(yīng)快慢、穩(wěn)定性、最大偏差等。很明顯,自動控制系統(tǒng)總希望在穩(wěn)定工作狀態(tài)下,具有較高的控制質(zhì)量,我們希望持續(xù)時(shí)間短、超調(diào)量小、擺動次數(shù)少。為了保證系統(tǒng)的精度,就要求系統(tǒng)有很高的放大系數(shù),然而放大系數(shù)一高,又會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定,甚至系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。反之,只考慮調(diào)節(jié)過程的穩(wěn)定性,又無法滿足精度要求。因此,調(diào)節(jié)過程中,系統(tǒng)穩(wěn)定性與精度之間產(chǎn)生了矛盾。

如何解決這個(gè)矛盾,可以根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況,在控制系統(tǒng)中插入“校正網(wǎng)絡(luò)”,矛盾就可以得到較好解決。這種“校正網(wǎng)絡(luò)”,有很多方法完成,其中就有PID方法。

簡單的講,PID“校正網(wǎng)絡(luò)”是由比例積分PI和比例微分PD"元件組"成的。為了說明問題,這里簡單介紹一下比例積分PI和比例微分PD。

微分:

從電學(xué)原理我們知道,見圖2,當(dāng)脈沖信號通過RC電路時(shí),電容兩端電壓不能突變,電流超前電壓90°,輸入電壓通過電阻R向電容充電,電流在t1時(shí)刻瞬間達(dá)到最大值,電阻兩端電壓Usc此刻也達(dá)到最大值。隨著電容兩端電壓不斷升高,充電電流逐漸減小,電阻兩端電壓Usc也逐漸降低,最后為0,形成一個(gè)鋸齒波電壓。這種電路稱為微分電路,由于它對階躍輸入信號前沿“反應(yīng)”激烈,其性質(zhì)有加速作用。

積分:

我們再來看圖3,脈沖信號出現(xiàn)時(shí),通過電阻R向電容充電,電容兩端電壓不能突變,電流在t1時(shí)刻瞬間達(dá)到最大值,電阻兩端電壓此刻也達(dá)到最大值。電容兩端電壓Usc隨著時(shí)間t不斷升高,充電電流逐漸減小,最后為0,電容兩端電壓Usc也達(dá)到最大值,形成一個(gè)對數(shù)曲線。這種電路稱為積分電路,由于它對階躍輸入信號前沿“反應(yīng)”遲緩,其性質(zhì)是“阻尼”緩沖作用。


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插入校正網(wǎng)絡(luò)的情況

現(xiàn)在我們首先討論自動控制系統(tǒng)引入比例積分PI的情況,見圖4。曲線PI(1)對階躍信號的響應(yīng)特性曲線,當(dāng)t=0時(shí),PI的輸出電壓很小,(由比例系數(shù)決定)當(dāng)t>0時(shí),輸出電壓按積分特性線性上升,系統(tǒng)放大系數(shù)Ue線性增大。這就是說,當(dāng)系統(tǒng)輸入端出現(xiàn)大的誤差時(shí),控制輸出電壓不會立即變得很大,而是隨著時(shí)間的推移和系統(tǒng)誤差不斷地減小,PI的輸出電壓不斷增加,既,系統(tǒng)放大系數(shù)Ue不斷線性增大。我們稱這種特性為系統(tǒng)阻尼。決定阻尼系數(shù)因素是PI比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)。要不斷提高控制系統(tǒng)的質(zhì)量,就要不斷改變PI比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)。


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我們再討論控制系統(tǒng)引入比例微分PD的情況,見圖4。曲線PD(2)對輸入信號的響應(yīng)特性曲線,當(dāng)t=0時(shí),PD使系統(tǒng)放大系數(shù)Ue驟增。這就是說,當(dāng)系統(tǒng)輸入端出現(xiàn)誤差時(shí),控制輸出電壓會立即變大。我們稱這種特性為加速作用?梢钥闯,過強(qiáng)的微分信號會使控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。所以在使用中,必須認(rèn)真調(diào)節(jié)PD 比例系數(shù)和微分時(shí)間常數(shù)。

為妥善解決系統(tǒng)穩(wěn)定性與精度之間的矛盾,往往將比例積分PI與比例微分PD組合使用,形成“校正網(wǎng)絡(luò)”,也稱PID調(diào)節(jié)。PID調(diào)節(jié)特性曲線PID(3)(圖4),是PI、PD特性曲線合成的。適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)PI、PD上述各系數(shù),就能保證控制系統(tǒng)即快又穩(wěn)的工作。

結(jié)論:

PID調(diào)節(jié)器實(shí)際是一個(gè)放大系數(shù)可自動調(diào)節(jié)的放大器,動態(tài)時(shí),放大系數(shù)較低,是為了防止系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)與振蕩。靜態(tài)時(shí),放大系數(shù)較高,可以蒱捉到小誤差信號,提高控制精度。

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在我出道的時(shí)候,我認(rèn)識了一個(gè)人,因?yàn)樗矚g在東邊出沒,所以很多年后,他有個(gè)綽號叫東邪。多年之后,我有個(gè)綽號叫西毒,任何人都可以變得狠毒,只要你嘗試過什么叫做嫉妒。我不介意其他人怎么看我,我只不過想比別人活得更開心。
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