圖1 自衡對(duì)象PID控制效果示意圖
從圖1我們可以得到關(guān)于自衡對(duì)象比例積分控制的幾個(gè)認(rèn)識(shí)：
①最優(yōu)參數(shù)情況下，控制回路做設(shè)定值階躍變化時(shí)，過(guò)程變量應(yīng)表現(xiàn)為：有超調(diào)無(wú)振蕩而且過(guò)渡時(shí)間最短。這是魯棒性和控制性能俱佳的最強(qiáng)PID控制作用。
②使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的參數(shù)范圍很大，尋找又穩(wěn)又快的控制器參數(shù)是PID參數(shù)整定的難點(diǎn)和關(guān)鍵。
③從中間一行和中間一列的響應(yīng)曲線可知，單一參數(shù)的翻倍或減半，自衡對(duì)象設(shè)定值階躍響應(yīng)都是穩(wěn)定的，說(shuō)明小幅度參數(shù)整定往往不奏效。
④從上面一行的響應(yīng)曲線可以看出，如果比例作用太強(qiáng)，PID控制器輸出都會(huì)表現(xiàn)出振蕩特性。如果積分作用不太強(qiáng)的話(huà)，PID控制器輸出和過(guò)程變量同相位振蕩，如果積分作用也太強(qiáng)則振蕩加劇。如果是比例作用太強(qiáng)引起的同相位振蕩，僅僅簡(jiǎn)單地加大積分時(shí)間、減弱積分作用往往不能完全消除振蕩。
⑤從中間一行的響應(yīng)曲線可以看出，如果比例作用合適，太強(qiáng)的積分作用會(huì)造成控制器輸出和過(guò)程變量的異相位振蕩，如果積分作用太弱則會(huì)造成過(guò)程變量的拖尾現(xiàn)象。最優(yōu)的積分作用和被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性密切相關(guān)。
⑥從下面一行的響應(yīng)曲線可以看出，如果比例作用不強(qiáng)，積分作用在很大范圍內(nèi)都不會(huì)引起振蕩。
⑦從左中響應(yīng)曲線圖([0.5TI，Kc))可以看出，如果是不太明顯的異相位振蕩，通過(guò)降低比例增益或者增加積分時(shí)間都可以減弱積分作用，讓系統(tǒng)不振蕩。因?yàn)榉e分作用的強(qiáng)弱和Kc/TI相關(guān)，所有減弱積分作用的參數(shù)整定都能達(dá)到消除異相位振蕩的目的。但是正確的做法是降低積分作用，保持比例作用不變。所以我們可以看到左下響應(yīng)曲線圖([0.5TI，0.5Kc])的過(guò)渡時(shí)間要比中間響應(yīng)曲線圖([TI，Kc])的過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)。
⑧從中下([TI，0.5Kc])和右下([2TI，0.5Kc])兩個(gè)響應(yīng)曲線圖可以看到，設(shè)定值階躍響應(yīng)PID控制器輸出沒(méi)有任何超調(diào)，這是控制作用偏弱的表現(xiàn)，應(yīng)該首先要增加比例增益，然后再判斷是否需要減少積分時(shí)間。
⑨從右上角的四個(gè)響應(yīng)曲線圖可以發(fā)現(xiàn)如果比例作用足夠強(qiáng)，PID控制器輸出都會(huì)表現(xiàn)出超調(diào)的特性，哪怕是積分作用偏弱，例如右中響應(yīng)曲線圖([2TI，Kc])和右上響應(yīng)曲線圖([2TI，2Kc))的響應(yīng)。當(dāng)過(guò)程變量有超調(diào)無(wú)振蕩時(shí)則積分作用比較合適。如果PID控制器輸出重新緩慢上升到穩(wěn)態(tài)，說(shuō)明積分作用太弱。
