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何时以及如何在PID控制器中使用微分作用
编辑: 来源: 发布时间:2018-11-29
      微分作用是PID控制器中最不常用的模式。有些工厂根本不喜欢使用衍生动作,因为他们看到PID输出的突然变化,并且缺乏对如何设置调整参数(速率时间)的益处和引导的理解。在这里,大家有一个问题来自澳门葡京娱乐厂导师计划的原始门徒之一,以及关于控制的关键资源工程师的回答,最后我的观点。
      当死区时间不是纯粹的死区时间而是一系列小的时间常数时,导数更有用; 使用导数“消除”其中一个小时间常数。您应该使用等于那些小时间常数中最大值的微分时间。由于大家通常不了解细节,因此一个好的经验法则是将微分时间调整为死区时间的一半。增加导数(D)将增加鲁棒性(更高的增益和相位裕度),因为D将减少闭环的明显死区时间。一个很好的例子是温度环中的热套管:如果热套管表示10秒的时间常数,使用10秒的D将消除热套管的滞后。因此,闭环的明显死区时间减少了,你可以使用更多命题,更短的积分时间; 建立时间会更短,稳定性更好。当您查看拒绝干扰的公式时,您会发现在存在D的情况下,比例和积分可以更强。仅当导数函数包含内置滤波器以消除高频噪声时,大家才建议使用导数。大多数DCS和PLC具有此功能,但有些没有或有一个开关来激活微分滤波器。
 
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具有更高的相位裕度会增加稳健性?
      稳健性意味着即使模型发生变化,控制回路也将保持稳定。相位和增益余量表示变化之前变化的幅度,即在达到-180度之前或者环路增益高于1之前。Ta分析,大家使用开环频率响应,控制器模型和过程模型的乘积。在波德图上,增益乘以(或以dB为单位绘制时加上),总相位是过程相位和控制器相位的总和。相位裕度是当开环增益为1(0 dB)时达到-180度所需的度数。如果此数字很大(高相位裕度),则系统是稳健的,这意味着表观死区时间可以增加而不会达到不稳定性。如果相位裕度很小,表观死区时间的微小变化将使控制回路不稳定。
总结发言
      衍生物的使用在滞后显性(近积分),真正积分和失控过程(高度放热反应)中更为重要。随着主要时间常数(最大滞后)接近死区时间,导数动作效益下降,因为过程变化由于过程时间常数缺乏显着的过滤动作而变得过于突然。由于热电偶套管或工艺传热区域中的传热滞后,温度回路具有大的二次时间常数。
假设导数滤波器约为速率时间设置的1/8到1/10,将微分时间设置为等于次级滞后的最大值可以抵消几乎90%的滞后。高度放热的反应器可以具有引起温度加速的正反馈。这些温度回路中的一些仅具有比例和微分作用,因为积分作用被视为不安全。
      如果使用PID系列形式,增加速率时间会减少积分模式动作(增加有效复位时间),减小比例模式动作(减小有效PID增益或增加有效PID比例带)并缓和微分作用的增加。相互作用因子调节所有模式,防止所产生的有效速率时间大于有效复位时间的四分之一。如果速率时间设置接近重置时间设置,这有助于防止不稳定。澳门葡京娱乐厂标准表中没有这种固有的保护。至关重要的是,用户要防止速率时间超过澳门葡京娱乐厂标准表中重置时间的四分之一。
      虽然通常最好识别多个时间常数,但我使用的一般经验法则是速率时间应该是识别的次要时间常数中的最大值或死区时间的一半,并且永远不会超过复位时间的四分之一。根据设置单位和PID格式转换调整至关重要,因为从一个年份或供应商到另一个。最好与新系统的供应商核实转换。
其中最后一系列方程K1至K3显示如何从一系列PID形式转换为澳门葡京娱乐厂标准格式。一般情况下,      PID结构应该对过程变量有衍生作用,而不是错误,除非在设定值变化时PID输出中的结果有助于更快地达到设定点,特别是在存在显着的控制阀或VFD死区或分辨率限制时。
      模拟输出或次级回路设定点中的小设定点滤波器以及受控变量的外部复位反馈可以使跳转成为碰撞。主回路上的设定点超前滞后,其中滞后时间是复位时间,导程是滞后的四分之一或者是β自由度结构,β设置等于0.5且伽马设置等于约0.25可以提供妥协,以便在更快地到达主要设定点的同时缓和冲击。

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