5.1 PID控制原理
常规连续系统中,PID控制器对输入的误差信号进行比例、积分和微分运算,从而 给出控制信号。PID控制是一种简单有效的控制算法,鲁棒性(稳定性)强,对动态过 程无需知道太多便可以达到比较满意的控制效果,正好适合爬行的ADAMS仿真模型。 图5.2中整个框内是个为PID控制器,,PID控制器的输出值_取决于系统给定值咐 和系统输出值的偏差eW、偏差的积分、偏差的微分的线性加权组合。
5.2 PI D控制器参数对控制性能的影响
5.2.1 比例控制rKp;对控制性能的影响
在连续控制中,比例控制器是最简单的一种,其输出值随输入值成比例变化。
由式5.4可以看出,比例控制器始终产生一个与输入信号成正比的输出值。输入信 号即为系统的被调量与给定值的偏差心故若偏差存在,比例控制器就有相应的控制作用 输出至被控对象,使偏差减少,从而抑制干扰的影响。
但是比例控制存在一个缺点就是:不能克服静态误差。比例控制作用是以偏差的存 在为前提的,一旦偏差不存在,比例控制器的输出值则为零。 5.2.2积分控制m ;对控制性能的影响在连续控制中,积分控制是保证系统控制无静态误差的关键。对于积分控制器,其 输出值与输入值的积分成正比。假设为控制器的输出,为控制器的输入,7}为积 分时间常数,则积分控制器的表达式为:
积分控制器的输出值与输入值的积分成正比,因此只要有输入值存在,其输出值就 会不断加强直到克服干扰为止。被调控量的偏差消失以后,由于积分规律的特点,输出 将停留在新的位置而不复回原位,因而能保证控制静态误差为零。
单纯的积分控制器控制动作缓慢,在改善静态准确度的同时使控制的动态品质变差, 过度过程时间延长,甚至造成系统不稳定。在实际工业中,不能单独使用,必须和比例 控制结合使用。积分作用和比例作用是相对的,当比例作用弱的时候,积分作用也必须 得减弱,积分作用是辅助比例作用进行调节的。
比例积分控制存在缺点:由于PI控制不适合具有滞后性的控制对象;相对与比例控 制响应速度变慢,稳定性变差;会存在积分过饱和现象导致控制器调节出现偏差;参数 整定时困难增加。
5.2.3微分控制(Td)对控制性能的影响
微分控制的主要作用是改善系统的动态性能,对于微分控制器,其输出值与输入值 的微分成正比。假设vW为控制器的输出,e的为控制器的输入,h为微分时间常数,则 微分控制器的时间表达常数为:
微分控制器的输出与输入的变化率成正比,因此微分控制器能在输入信号出现或者 变化的瞬间,根据变化的趋势产生输出作用。若输入的信号为系统偏差信号,则微分作 用能将偏差尽快消除。
单纯的微分控制器对静态偏差也没有抑制力,不能单独使用,要和比例控制或者比 例积分控制结合起来使用,变成比例微分控制或者比例积分微分控制。
PD调节器在调节系统偏差时,能够快速达到理想值,使系统在最短的时间内得 到强化调节,可调节静态偏差,适用于大滞后环节;PID控制器结合了 PD调节器的 快速性和PI调节器的无静差(精确定位)特点,达到了比较高的调节质量。
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