PID特征曲線分析

1、PID特征曲線分析目 錄純比例作用趨勢圖的特征分析01純積分作用趨勢圖的特征分析02純微分作用趨勢圖的特征分析03PID特征曲線分析應用04前言 通過收集通過收集PIDPID相關參數(shù)趨勢圖，對其進行相關參數(shù)趨勢圖，對其進行物理意義定性分析，通過識別趨勢圖中比例、物理意義定性分析，通過識別趨勢圖中比例、積分、微分的基本曲線特征，就可以輕松進積分、微分的基本曲線特征，就可以輕松進行行PIDPID參數(shù)整定。參數(shù)整定。前言PARTONE純比例作用趨勢圖的特征分析純比例作用趨勢圖的特征分析 比例作用，就是把調節(jié)器的輸入偏差乘以一比例作用，就是把調節(jié)器的輸入偏差乘以一個系數(shù)，作為調節(jié)器的輸出。當設定值不變

2、的時個系數(shù)，作為調節(jié)器的輸出。當設定值不變的時候，調節(jié)器的輸出只與被調量的波動有關，概念候，調節(jié)器的輸出只與被調量的波動有關，概念性公式如下：性公式如下： 輸出波動輸出波動= =被調量波動被調量波動比例增益比例增益純比例作用趨勢圖的特征分析 通過概念性公式，我們可以得到如下通過概念性公式，我們可以得到如下5 5個輸出曲線和被個輸出曲線和被調量曲線的推論：調量曲線的推論：1 1、對于正作用的調節(jié)系統(tǒng)，被調量和調節(jié)器輸出頂點、對于正作用的調節(jié)系統(tǒng)，被調量和調節(jié)器輸出頂點、谷底均發(fā)生在同一時刻。谷底均發(fā)生在同一時刻。2 2、對于負作用的調節(jié)系統(tǒng)，被調量的頂點就是輸出的谷、對于負作用的調節(jié)系統(tǒng)，被調量

3、的頂點就是輸出的谷底，谷底就是輸出的頂點。底，谷底就是輸出的頂點。3 3、對于正作用的調節(jié)系統(tǒng)，被調量的曲線上升，輸出曲、對于正作用的調節(jié)系統(tǒng)，被調量的曲線上升，輸出曲線就上升；被調量曲線下降，輸出曲線就下降。兩者趨勢完線就上升；被調量曲線下降，輸出曲線就下降。兩者趨勢完全一樣。全一樣。4 4、對于負作用的調節(jié)系統(tǒng)，被調量曲線和輸出曲線相反。、對于負作用的調節(jié)系統(tǒng)，被調量曲線和輸出曲線相反。5 5、波動周期完全一致。、波動周期完全一致。5 5、只要被調量變化，輸出就變化；被調量不變化，不管、只要被調量變化，輸出就變化；被調量不變化，不管靜態(tài)偏差有多大，輸出也不會變化。靜態(tài)偏差有多大，輸出也不會

4、變化。純比例作用趨勢圖的特征分析 假設被調量偏高時，調門應關小，即假設被調量偏高時，調門應關小，即PIDPID為反作用。在為反作用。在定值有一階躍擾動時，調節(jié)器輸入偏差為定值有一階躍擾動時，調節(jié)器輸入偏差為e e。此時。此時T Tout out 也應有一階躍量也應有一階躍量e e （1 / 1 / ），然后被調量不變。經過），然后被調量不變。經過一個滯后期一個滯后期t2t2，被調量開始響應，被調量開始響應T Toutout。因為被調量增加，。因為被調量增加，T Toutout也開始降低。一直到也開始降低。一直到t4t4時刻，被調量開始回復時，時刻，被調量開始回復時，T Toutout才開始升高

5、。兩曲線雖然波動相反，但是圖形如果反轉，就才開始升高。兩曲線雖然波動相反，但是圖形如果反轉，就可以看出是相似形?？梢钥闯鍪窍嗨菩?。PARTTWO純積分作用趨勢圖的特征分析純積分作用趨勢圖的特征分析 積分相當于一個斜率發(fā)生器。啟動這個發(fā)生積分相當于一個斜率發(fā)生器。啟動這個發(fā)生器的前提是調節(jié)器的輸如偏差不等于零，斜率的器的前提是調節(jié)器的輸如偏差不等于零，斜率的大小與兩個參數(shù)有關：輸入偏差的大小、積分時大小與兩個參數(shù)有關：輸入偏差的大小、積分時間。如果調節(jié)器的輸如偏差不等于零，調節(jié)器的間。如果調節(jié)器的輸如偏差不等于零，調節(jié)器的輸出將按照一定的速度朝一個方向累加。為了分輸出將按照一定的速度朝一個方向累

6、加。為了分析方便，把積分作用剝離開來，進行純積分作用析方便，把積分作用剝離開來，進行純積分作用分析。分析。純積分作用趨勢圖的特征分析單純積分作用的特性總結如下：單純積分作用的特性總結如下：1 1、輸出的升降與被調量的升降無關，與輸入偏差的正負、輸出的升降與被調量的升降無關，與輸入偏差的正負有關。有關。2 2、輸出的升降與被調量的大小無關。、輸出的升降與被調量的大小無關。3 3、輸出的斜率與被調量的大小有關。、輸出的斜率與被調量的大小有關。4 4、被調量不管怎么變化，輸出始終不會出現(xiàn)節(jié)躍擾動。、被調量不管怎么變化，輸出始終不會出現(xiàn)節(jié)躍擾動。5 5、被調量達到頂點，輸出的變化趨勢不變，速率開始減、

7、被調量達到頂點，輸出的變化趨勢不變，速率開始減緩。緩。6 6、輸出曲線達到頂點的時候，必然是輸入偏差等于零的、輸出曲線達到頂點的時候，必然是輸入偏差等于零的時候。時候。 積分作用下，輸入偏差變化的響應曲線與比例作用有很積分作用下，輸入偏差變化的響應曲線與比例作用有很大的不同。假設被調量偏高時調門應關小，在定值有一個階大的不同。假設被調量偏高時調門應關小，在定值有一個階躍擾動時，輸出不會作階躍變化，而是以較高的速率開始升躍擾動時，輸出不會作階躍變化，而是以較高的速率開始升高。高。純積分作用趨勢圖的特征分析 在在t1t1到到t2t2的時間內，因為被調量不變，即輸入偏差不變，所以的時間內，因為被調量

8、不變，即輸入偏差不變，所以輸出以不變的速率上升，即呈線性上升。調節(jié)器的輸出緩慢改變，輸出以不變的速率上升，即呈線性上升。調節(jié)器的輸出緩慢改變，導致被調量逐漸受到影響而改變。導致被調量逐漸受到影響而改變。 在在t2t2時刻，被調量開始變化時，輸入偏差逐漸減小，輸出時刻，被調量開始變化時，輸入偏差逐漸減小，輸出的速率開始降低。的速率開始降低。到到t3t3時刻，偏差為時刻，偏差為0 0時，輸出不變，輸出曲線為水平。然后偏差時，輸出不變，輸出曲線為水平。然后偏差開始為正時，輸出才開始降低。開始為正時，輸出才開始降低。 到到t4t4時刻，被調量達到頂點開始回復，但是因偏差仍舊為時刻，被調量達到頂點開始回

9、復，但是因偏差仍舊為正，故輸出繼續(xù)降低只是速率開始減緩。正，故輸出繼續(xù)降低只是速率開始減緩。 直到直到t5t5時刻，偏差為時刻，偏差為0 0時，輸出才重新升高。時，輸出才重新升高。PARTTHREE純微分作用趨勢圖的特征分析純微分作用趨勢圖的特征分析 D D就是微分作用。單純就是微分作用。單純的微分作用是不存在的，為的微分作用是不存在的，為了理解的方便把微分作用單了理解的方便把微分作用單獨隔離出來進行分析。獨隔離出來進行分析。 一句話簡述：被調一句話簡述：被調量不動，輸出不動；被調量量不動，輸出不動；被調量一動，輸出馬上跳。一動，輸出馬上跳。純微分作用趨勢圖的特征分析 根據(jù)微分作用的特點，可以

10、得出如下曲線的推論：根據(jù)微分作用的特點，可以得出如下曲線的推論：1 1、微分作用與被調量的大小無關，與被調量的變化、微分作用與被調量的大小無關，與被調量的變化速率有關；速率有關；2 2、與被調量的正負無關，與被調量的變化趨勢有關；、與被調量的正負無關，與被調量的變化趨勢有關；3 3、如果被調量有一個階躍，就相當于輸入變化的速、如果被調量有一個階躍，就相當于輸入變化的速度無窮大，那么輸出會直接到最小或者最大；度無窮大，那么輸出會直接到最小或者最大；4 4、微分參數(shù)有的是一個，用微分時間表示。有的分、微分參數(shù)有的是一個，用微分時間表示。有的分為兩個，即微分增益和微分時間。微分增益表示輸出波為兩個，

11、即微分增益和微分時間。微分增益表示輸出波動的幅度，波動后還要輸出回歸，微分時間表示回歸的動的幅度，波動后還要輸出回歸，微分時間表示回歸的快慢。快慢。5 5、波動調節(jié)之后，輸出還會自動拐回頭。、波動調節(jié)之后，輸出還會自動拐回頭。PARTFOURPID特征曲線分析應用PID特征曲線分析應用 比例積分微分三個作用各有各的特點。比例積分微分三個作用各有各的特點。 比例作用：輸出與輸入曲線相似。比例作用：輸出與輸入曲線相似。 積分作用：只要輸入有偏差輸出就變化。積分作用：只要輸入有偏差輸出就變化。 微分作用：輸入有抖動輸出才變化，且會猛變化。微分作用：輸入有抖動輸出才變化，且會猛變化。 徹底搞清楚徹底搞

12、清楚PIDPID的特征曲線分析后，我們再把的特征曲線分析后，我們再把PIDPID組合組合起來進行分析。起來進行分析。 初學的困難，就是難以區(qū)分波動曲線中，哪些因素是初學的困難，就是難以區(qū)分波動曲線中，哪些因素是比例作用造成的，哪些因素是積分作用造成的。下面我們比例作用造成的，哪些因素是積分作用造成的。下面我們將通過將通過PIPI和和PIDPID特征曲線進行分析特征曲線進行分析PID特征曲線分析應用 定值有階躍擾動時，比例作用使輸出曲線定值有階躍擾動時，比例作用使輸出曲線ToutTout同時有一個階同時有一個階躍擾動，同時積分作用使躍擾動，同時積分作用使ToutTout開始繼續(xù)增大。開始繼續(xù)增大

13、。 只要比例作用不是無窮大，或是積分作用不為零，從只要比例作用不是無窮大，或是積分作用不為零，從t2t2時刻時刻開始，總要有一段時間是積分作用強于比例作用，使得開始，總要有一段時間是積分作用強于比例作用，使得ToutTout繼續(xù)繼續(xù)升高。然后持平（升高。然后持平（t3t3時刻），然后降低。時刻），然后降低。 在被調量升到頂峰的在被調量升到頂峰的t5t5時刻，同理，比例作用使時刻，同理，比例作用使ToutTout也達到也達到頂點（負向），而積分作用使得最終頂點（負向），而積分作用使得最終ToutTout的頂點向后延時（的頂點向后延時（t6t6時時刻）?？蹋?。 從上面的分析可以看出：判斷從上面的分

14、析可以看出：判斷t6t6時刻的先后，或者說時刻的先后，或者說t6t6距離距離t5t5的時間，是判斷積分作用強弱的標準。的時間，是判斷積分作用強弱的標準。PID特征曲線分析應用 增加微分功能后，調節(jié)曲線更復雜點，也更難理解點。真正掌增加微分功能后，調節(jié)曲線更復雜點，也更難理解點。真正掌握比例積分微分作用的特征曲線分析，將為握比例積分微分作用的特征曲線分析，將為PIDPID參數(shù)整定問題奠定良參數(shù)整定問題奠定良好的基礎。好的基礎。 T6 T6時刻是個關鍵的時刻。此時被調量的變化開始變緩慢，微分時刻是個關鍵的時刻。此時被調量的變化開始變緩慢，微分時間使得系統(tǒng)回調收縮。微分時間越短，時間使得系統(tǒng)回調收縮。微分時間越短，T6T6時刻越靠前，足夠短的時刻越靠前，足夠短的時候，會發(fā)生很多毛刺。毛刺將增加了執(zhí)行機構的動作次數(shù)，增加時候，會發(fā)生很多毛刺。毛刺將增加了執(zhí)行機構的動作次數(shù)，增加了不必要的調節(jié)，對系統(tǒng)調節(jié)有害。了不必要的調節(jié)，對系統(tǒng)調節(jié)有害。 T8 T8時刻，被普遍認為是微分的超前調節(jié)發(fā)揮作用的時刻。此時時刻，被普遍認為是微分的