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PID參數整定之Lambda整定方法的優點

2024/3/8 17:40:33 人評論 次瀏覽 分類:過程控制  文章地址:http://yigongchang99.com/tech/5392.html

PID控制算法提出以來已經成功應用超過百年。盡管有一百多種整定方法,但是有明顯實際應用效果而且被工業界廣泛接受的PID參數整定方法卻很少,許多大學課程仍在講解1942年提出的最經典的ZN整定方法。

Lambda整定方法是減少過程振蕩的成功方法。從最簡單的意義上講,Lambda整定以期望的閉環響應速度實現回路的非振蕩響應。通過選擇一個期望閉環時間常數(通常稱為λ)來設置閉環響應速度。不同期望閉環時間常數計算得到的PID控制器參數,可以在一個單元過程中實現一組回路的協調控制,從而使它們的共同作用有助于建立整個過程的理想動態。Lambda整定方法僅需要用戶指定一個閉環性能參數:λ。這不僅僅是為了簡化Kc和TI的計算過程,還是為了讓用戶能夠通過具有物理意義的參數來選擇控制器的預期性能,從而實現PID參數整定的科學化。


Lambda整定方法的根源可以追溯到1957年牛頓、古爾德和凱撒的分析設計方法。簡而言之,一旦知道了過程模型并且選擇了閉環特性,該方法就可以直接得到所需PID控制器的參數。1968年,大林在數字控制器上的工作為Lambda整定提供了主要推動,他提出了針對工業生產過程中含純滯后控制對象的控制算法,即大林算法。大林算法將所需的閉環響應速度描述為“Lambda”。大林算法只針對一階純滯后過程,而莫拉里和錢等人將該技術推廣到一般的傳遞函數,提出了內模控制方法。內??刂品椒ǖ幕A是傳遞函數零極點配置,其中控制器零點用于抵消過程極點。


Lambda整定方法為針對速度的整定方法(例如ZN和CC整定方法等)提供了強大的替代方法。ZN和CC整定方法的控制目標是1/4衰減振蕩,而Lambda整定方法的控制目標是設定值的一階純滯后響應。

PID控制器

Lambda整定方法的優點

①過程變量在干擾影響或設定值階躍變化后保證沒有振蕩,基本上也不會超調。
②Lambda整定方法對模型純滯后時間和實際純滯后時間的偏差的敏感性要低得多。純滯后時間失配在實際生產過程中很常見,因為很容易低估或高估了過程純滯后時間。當純滯后時間失配嚴重時,針對速度的整定方法可能會給出非常糟糕的結果。
③整定非常魯棒,這意味著即使過程實際動態特性與用于整定的過程動態特性相比發生了較大變化,控制回路也能保持穩定。
④用Lambda整定方法整定的控制回路可以更好地吸收干擾,并將更少的干擾傳遞給下游過程。對于高度耦合過程,這是一個非常有吸引力的特性。造紙機上的控制回路通常使用Lambda整定方法進行整定,以防止整個機器由于過程相互耦合和反饋控制而發生振蕩。
⑤用戶可以為控制回路指定期望的響應時間(實際上是期望閉環時間常數),以加快或減慢控制回路的閉環響應速度。

注意:

①沒有使用微分時間,僅僅使用比例積分控制就能實現大部分過程工業參數的有效控制。Lambda整定PID參數適用于具有串聯或理想形式的PID,但不適用于并行形式(獨立增益)PID;
②Lambda整定方法計算控制器增益(Kc),而不是比例度(PB);
③Lambda整定方法假定控制器的積分設置為積分時間TI(以s為單位),而不是積分增益KI(KI=Kc/TI)。

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