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  • 正文
    • 1.PID串級(jí)控制原理
    • 2.PID串級(jí)控制的特點(diǎn)
    • 3.PID串級(jí)控制設(shè)計(jì)原則
    • 4.PID串級(jí)控制調(diào)試
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PID串級(jí)控制

2023/07/04
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PID串級(jí)控制是一種常用的控制策略,用于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。它基于PID(Proportional-Integral-Derivative,比例-積分-微分)控制器,在控制系統(tǒng)中引入兩個(gè)或多個(gè)級(jí)聯(lián)連接的PID控制回路。其中一個(gè)PID控制器控制主要過程變量,而其他PID控制器控制輔助過程變量,以實(shí)現(xiàn)更精確的控制。

1.PID串級(jí)控制原理

在PID串級(jí)控制中,主要過程變量(例如溫度、壓力、流量等)的變化被測(cè)量并傳遞給主PID控制器。主PID控制器根據(jù)設(shè)定值和實(shí)際值之間的差異,計(jì)算出輸出信號(hào),并將其傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu),進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí),輔助過程變量(例如控制閥門開度、轉(zhuǎn)速等)的變化也被測(cè)量,并傳遞給輔助PID控制器。輔助PID控制器根據(jù)輔助過程變量的設(shè)定值和實(shí)際值之間的差異,計(jì)算出輸出信號(hào),并將其傳遞給主PID控制器,作為主要過程變量的設(shè)定值。這樣,通過兩個(gè)或多個(gè)級(jí)聯(lián)的PID控制回路,實(shí)現(xiàn)了對(duì)主要過程變量的更加精確的控制。

2.PID串級(jí)控制的特點(diǎn)

PID串級(jí)控制具有以下幾個(gè)顯著的特點(diǎn):

  • 穩(wěn)定性提高: 通過引入輔助過程變量的控制,PID串級(jí)控制可以有效抑制主要過程變量中的干擾和擾動(dòng),提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。
  • 響應(yīng)速度加快: 輔助過程變量的調(diào)節(jié)可以更快地響應(yīng)主要過程變量的變化,并傳遞給主PID控制器進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。這樣可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度,提高控制效果。
  • 精確度提高: 通過根據(jù)輔助過程變量的調(diào)節(jié)來修正主要過程變量的設(shè)定值,PID串級(jí)控制可以實(shí)現(xiàn)更精確的控制。它可以消除主要過程變量與輔助過程變量之間的耦合影響,提高系統(tǒng)的控制精度。
  • 系統(tǒng)可調(diào)性增強(qiáng): PID串級(jí)控制可以通過調(diào)節(jié)主PID控制器和輔助PID控制器的參數(shù),以及設(shè)定值的設(shè)定,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更加靈活和精細(xì)的調(diào)整。

3.PID串級(jí)控制設(shè)計(jì)原則

在設(shè)計(jì)PID串級(jí)控制系統(tǒng)時(shí),需要考慮一些重要原則:

  • 選擇合適的過程變量: 需要選擇適當(dāng)?shù)闹饕^程變量和輔助過程變量,并確保它們之間存在耦合或相互影響。
  • 參數(shù)調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)性: 主PID控制器和輔助PID控制器的參數(shù)調(diào)節(jié)需要協(xié)調(diào)一致,以確保整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
  • 設(shè)定值的傳遞方式: 輔助過程變量的調(diào)節(jié)應(yīng)當(dāng)通過合適的方式傳遞給主PID控制器,可以使用級(jí)聯(lián)控制或者信號(hào)轉(zhuǎn)換等方法。
  • 控制策略的選擇: 在實(shí)際應(yīng)用中,根據(jù)具體情況選擇合適的PID串級(jí)控制策略,如單級(jí)串級(jí)、多級(jí)串級(jí)等。根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)和需求進(jìn)行靈活選擇。

4.PID串級(jí)控制調(diào)試

在實(shí)際應(yīng)用中,進(jìn)行PID串級(jí)控制的調(diào)試是非常重要的一步,以下是一些常用的調(diào)試方法和技巧:

  • 分步調(diào)試: 首先對(duì)主PID控制器進(jìn)行調(diào)試,將輔助過程變量的控制回路斷開,只調(diào)節(jié)主要過程變量的控制。確保主PID控制器能夠穩(wěn)定工作并滿足控制要求后,再逐步引入輔助過程變量的控制回路進(jìn)行調(diào)試。
  • 參數(shù)調(diào)整: 對(duì)主PID控制器和輔助PID控制器的參數(shù)進(jìn)行逐步調(diào)整,觀察系統(tǒng)的響應(yīng)情況??梢允褂媒?jīng)典的試錯(cuò)法或?qū)iT的自動(dòng)調(diào)參算法來優(yōu)化參數(shù)值,以獲得更好的控制效果。
  • 設(shè)定值傳遞: 確保輔助過程變量的調(diào)節(jié)能夠準(zhǔn)確地傳遞給主PID控制器進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)??梢圆捎眉?jí)聯(lián)控制或者信號(hào)轉(zhuǎn)換等方法,確保設(shè)定值的傳遞正確無誤。
  • 魯棒性測(cè)試: 對(duì)PID串級(jí)控制系統(tǒng)進(jìn)行魯棒性測(cè)試,驗(yàn)證其在不同工況和擾動(dòng)下的控制性能。例如,改變主要過程變量的工作范圍、增加噪聲干擾等,觀察系統(tǒng)的響應(yīng)情況,并調(diào)整參數(shù)以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

PID串級(jí)控制是一種強(qiáng)大而靈活的控制策略,在許多工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。通過合理設(shè)計(jì)和調(diào)試,PID串級(jí)控制可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和精確度,從而實(shí)現(xiàn)更好的控制效果。掌握PID串級(jí)控制的原理、特點(diǎn)、設(shè)計(jì)原則和調(diào)試方法,對(duì)于工程師和研究人員來說,具有重要的意義,并能為實(shí)際應(yīng)用中的控制問題提供解決方案。

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