自动控制网—学习自动控制技术电气自动化技术从这里开始!

比例微分控制和PD调节器

时间:2020-06-17 12:07来源:www.eadianqi.com 编辑:自动控制网
比例积分控制是根据偏差进行动作的,而微分控制则是根据偏差的变化趋势(即变化速度)而动作的。淋浴控制水温时有的人很聪明,他会判断水温的变化趋势,并提前调节阀门,如果水温正在下降,他就趁早开大热水阀门,以避免水温过低,这种预估及提前采取的动作,就
比例积分控制是根据偏差进行动作的,而微分控制则是根据偏差的变化趋势(即变化速度)而动作的。淋浴控制水温时有的人很聪明,他会判断水温的变化趋势,并提前调节阀门,如果水温正在下降,他就趁早开大热水阀门,以避免水温过低,这种预估及提前采取的动作,就是超前作用。如果把淋浴过程与生产过程对应起来,则“水温正在下降”相当于偏差有变化,“趁早开大热水阀门”相当于微分作用根据偏差的变化趋势(即变化速度)来动作。

理想的微分调节器的输出变化量与输出偏差的变化速度成正比。微分作用的特点是只要输入不变化,微分调节器的输出总是零,只有在输入变化时,调节器才有输出,并且输入变化越快,输出的值就越大。所以微分调节器不能单独使用,因为在偏差固定不变时,不论其数值有多大,微分作用都停止了,就达不到消除偏差的目的。实际的微分调节器具有比例和微分两个作用,只是比例带恒定不变而已。当输入偏差为阶跃信号E时,比例微分(PD)控制器的输出为:

公式中E为阶跃输入的变化幅度;这里的e和前面的意义不一样,不是偏差,而是一个常数,约等于2.718;Kd为微分增益;Td为微分时间。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

公式中可看出,比例微分调节器的输出是比例作用和微分作用两部分之和,如图1所示,从图可看出,在初始由于输入是一个突变,因此微分作用很强,输出将出现一个峰值。接着由于输入是不变的,微分分量将渐趋消失,输出将逐渐下降,最后就只有比例分量。由于比例分量的存在,输出最后不会下降到零。微分作用的大小由微分时间Td来衡量,Td大微分作用强,超前时间大。

微分作用示意图
图1 微分作用示意图

在负荷变化剧烈、扰动幅度较大或过程容量滞后较大的系统中,适当引入微分作用,在一定程度上可提高系统的控制质量。通常PID调节器在感受到偏差后再进行控制,过程已经受到较大幅度扰动的影响,或者扰动已经作用了一段时间,而引入微分作用后,被控变量一有变化,根据变化趋势就可适当加大调节器的输出信号,会有利于克服扰动对被控变量的影响,抑制偏差的增长,从而提高系统的稳定性。如果要求微分作用后仍保持原来的衰减比n,可适当减小调节器的比例带,一般可减小10%左右,从而使控制系统的控制指标得到改善。 本文来自www.eadianqi.com

温度控制系统需要加微分作用,微分时间Td设置得当,温度控制指标会得到很大的改善;若Td设置得太小,对温度控制指标基本没有影响;但Td设置得过大,会引入太强的微分作用,反而可能导致系统产生剧烈的振荡。

通常微分增益Kd>1。如果Kd<1,则称为“反微分”。反微分具有滤波作用,可用来降低系统的灵敏度,如反应太快的流量控制系统,采用反微分可以起到很好的滤波效果。
本文已影响