PID特征曲线分析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,PID特征曲线分析,目 录,纯比例作用趋势图的特征分析,01,纯积分作用趋势图的特征分析,02,纯微分作用趋势图的特征分析,03,PID特征曲线分析应用,04,前言,通过收集,PID,相关参数趋势图，对其进行物理意义定性分析，通过识别趋势图中比例、积分、微分的基本曲线特征，就可以轻松进行PID参数整定。,前言,PART,ONE,纯比例作用趋势图的特征分析,纯比例作用趋势图的特征分析,比例作用，就是把调节器的输入偏差乘以一个系数，作为调节器的输出。当设定值不变的时候，调节器的输出只与被调量的波动有关，概念性公式如下：,输出波动,=,被调量波动,比例增益,纯比例作用趋势图的特征分析,通过概念性公式，我们可以得到如下,5,个输出曲线和被调量曲线的推论：,1,、对于正作用的调节系统，被调量和调节器输出顶点、谷底均发生在同一时刻。,2,、对于负作用的调节系统，被调量的顶点就是输出的谷底，谷底就是输出的顶点。,3,、对于正作用的调节系统，被调量的曲线上升，输出曲线就上升；被调量曲线下降，输出曲线就下降。两者趋势完全一样。,4,、对于负作用的调节系统，被调量曲线和输出曲线相反。,5,、波动周期完全一致。,5,、只要被调量变化，输出就变化；被调量不变化，不管静态偏差有多大，输出也不会变化。,纯比例作用趋势图的特征分析,假设被调量偏高时，调门应关小，即,PID,为反作用。在定值有一阶跃扰动时，调节器输入偏差为,e,。此时,T,out,也应有一阶跃量,e ,（,1 / ,），然后被调量不变。经过一个滞后期,t2,，被调量开始响应,T,out,。因为被调量增加，,T,out,也开始降低。一直到,t4,时刻，被调量开始回复时，,T,out,才开始升高。两曲线虽然波动相反，但是图形如果反转，就可以看出是相似形。,PART,TWO,纯积分作用趋势图的特征分析,纯积分作用趋势图的特征分析,积分相当于一个斜率发生器。启动这个发生器的前提是调节器的输如偏差不等于零，斜率的大小与两个参数有关：输入偏差的大小、积分时间。如果调节器的输如偏差不等于零，调节器的输出将按照一定的速度朝一个方向累加。为了分析方便，把积分作用剥离开来，进行纯积分作用分析。,纯积分作用趋势图的特征分析,单纯积分作用的特性总结如下：,1,、输出的升降与被调量的升降无关，与输入偏差的正负有关。,2,、输出的升降与被调量的大小无关。,3,、输出的斜率与被调量的大小有关。,4,、被调量不管怎么变化，输出始终不会出现节跃扰动。,5,、被调量达到顶点，输出的变化趋势不变，速率开始减缓。,6,、输出曲线达到顶点的时候，必然是输入偏差等于零的时候。,积分作用下，输入偏差变化的响应曲线与比例作用有很大的不同。假设被调量偏高时调门应关小，在定值有一个阶跃扰动时，输出不会作阶跃变化，而是以较高的速率开始升高。,纯积分作用趋势图的特征分析,在,t1,到,t2,的时间内，因为被调量不变，即输入偏差不变，所以输出以不变的速率上升，即呈线性上升。调节器的输出缓慢改变，导致被调量逐渐受到影响而改变。,在,t2,时刻，被调量开始变化时，输入偏差逐渐减小，输出的速率开始降低。,到,t3,时刻，偏差为,0,时，输出不变，输出曲线为水平。然后偏差开始为正时，输出才开始降低。,到,t4,时刻，被调量达到顶点开始回复，但是因偏差仍旧为正，故输出继续降低只是速率开始减缓。,直到,t5,时刻，偏差为,0,时，输出才重新升高。,PART,THREE,纯微分作用趋势图的特征分析,纯微分作用趋势图的特征分析,D,就是微分作用。单纯的微分作用是不存在的，为了理解的方便把微分作用单独隔离出来进行分析。,一句话简述：被调量不动，输出不动；被调量一动，输出马上跳。,纯微分作用趋势图的特征分析,根据微分作用的特点，可以得出如下曲线的推论：,1、微分作用与被调量的大小无关，与被调量的变化速率有关；,2、与被调量的正负无关，与被调量的变化趋势有关；,3、如果被调量有一个阶跃，就相当于输入变化的速度无穷大，那么输出会直接到最小或者最大；,4、微分参数有的是一个，用微分时间表示。有的分为两个，即微分增益和微分时间。微分增益表示输出波动的幅度，波动后还要输出回归，微分时间表示回归的快慢。,5、波动调节之后，输出还会自动拐回头。,PART,FOUR,PID特征曲线分析应用,PID特征曲线分析应用,比例积分微分三个作用各有各的特点。,比例作用：输出与输入曲线相似。,积分作用：只要输入有偏差输出就变化。,微分作用：输入有抖动输出才变化，且会猛变化。,彻底搞清楚PID的特征曲线分析后，我们再把PID组合起来进行分析。,初学的困难，就是难以区分波动曲线中，哪些因素是比例作用造成的，哪些因素是积分作用造成的。下面我们将通过,PI,和,PID,特征曲线进行分析,PID特征曲线分析应用,定值有阶跃扰动时，比例作用使输出曲线Tout同时有一个阶跃扰动，同时积分作用使Tout开始继续增大。,只要比例作用不是无穷大，或是积分作用不为零，从t2时刻开始，总要有一段时间是积分作用强于比例作用，使得Tout继续升高。然后持平（t3时刻），然后降低。,在被调量升到顶峰的t5时刻，同理，比例作用使Tout也达到顶点（负向），而积分作用使得最终Tout的顶点向后延时（t6时刻）。,从上面的分析可以看出：判断t6时刻的先后，或者说t6距离t5的时间，是判断积分作用强弱的标准。,PID特征曲线分析应用,增加微分功能后，调节曲线更复杂点，也更难理解点。真正掌握比例积分微分作用的特征曲线分析，将为,PID,参数整定问题奠定良好的基础。,T6时刻是个关键的时刻。此时被调量的变化开始变缓慢，微分时间使得系统回调收缩。微分时间越短，T6时刻越靠前，足够短的时候，会发生很多毛刺。毛刺将增加了执行机构的动作次数，增加了不必要的调节，对系统调节有害。,T8时刻，被普遍认为是微分的超前调节发挥作用的时刻。此时被调量刚开始回调，而微分作用使得输出“提前”调节了一些。,通过特征曲线分析思考，从难以区分波动曲线中判断出哪些因素是比例作用造成的，哪些因素是积分作用造成的，并能够迅速判断参数大小，为整定,PID,参数奠定基础。,感谢各位专家指导！,