圖1 積分對(duì)象PID控制效果示意圖
從圖1我們可以得到關(guān)于積分對(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，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PID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，積分對(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積分對(duì)象自身有積分作用，積分對(duì)象再使用比例積分控制器時(shí)，由于閉環(huán)系統(tǒng)中有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，積分對(duì)象過(guò)程變量的響應(yīng)曲線總是有超調(diào)。雖然積分對(duì)象自身有積分作用，但是如果使用純比例控制器，閉環(huán)系統(tǒng)還是會(huì)有余差。
⑤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控制器輸出會(huì)表現(xiàn)出振蕩特性。如果積分作用不太強(qiáng)的話，就表現(xiàn)為與過(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。
⑥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PID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。
⑦從左中響應(yīng)曲線圖([0.5TI，Kc])、左下響應(yīng)曲線圖([0.5T，0.5Kc])、中下響應(yīng)曲線圖([TI，0.5Kc])可以看出，如果比例增益和積分時(shí)間的乘積太小，積分對(duì)象設(shè)定值階躍響應(yīng)都會(huì)振蕩。
⑧從中間響應(yīng)曲線圖([TI，Kc])、右中響應(yīng)曲線圖([2TI，Kc])、右下響應(yīng)曲線圖([2T，0.5Kc])可以看出，如果比例增益和積分時(shí)間的乘積夠大，積分對(duì)象設(shè)定值階躍響應(yīng)都不會(huì)振蕩。
⑨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，僅僅減小比例增益振蕩不會(huì)消失，反而會(huì)因?yàn)楸壤鲆婧头e分時(shí)間的乘積更小導(dǎo)致更大更緩慢的振蕩。增加積分時(shí)間，使比例增益和積分時(shí)間的乘積變大，系統(tǒng)才能從振蕩中擺脫出來(lái)。
⑩積分對(duì)象振蕩的兩個(gè)根源：a、比例增益太大；b、比例增益和積分時(shí)間的乘積太小。
