动态特性参数法是以被控对象控制通道的阶跃响应曲线为依据,通过一些经验公式求取控制器最佳参数整定值的开环整定方法。
用动态特性参数法计算PID控制器参数整定值的前提是,将系统简化为由控制器G c(s)和广义被控对象G p(s)组成。其中,广义被控对象的阶跃响应曲线可用一阶惯性环节加纯迟延来近似,即
否则根据以下几种动态特性参数整定方法得到的
中的PID控制器中整定参数只能作初步估计值。
1.Z-N工程整定法
Z-N工程整定法是由齐格勒(Ziegler)和尼科尔斯(Nichols)于1942年首先提出的,计算PID控制器参数的公式见表5-1。
表5-1 Z-N控制器参数整定公式
注:上述整定规则仅限于0<τ<T。
2.C-C工程整定法
在Z-N工程整定法的基础上,经过不断改进,总结出相应的计算PID控制器最佳参数整定公式。这些公式均以衰减率(ψ=0.75)为系统的性能指标,其中广为流行的是柯恩(Cohen) -库恩(Coon)整定公式,即
(1)比例控制器
(2)比例积分控制器
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(3)比例积分微分控制器
3.Lambda整定法
Lambda整定是一种内模控制(IMC)的形式,它能够使比例积分(PI)控制器在设定点变化时实现平滑、不振荡的控制效果。它的名字来自希腊字母λ(lambda),这是一个影响响应过程的参数,表示控制器将过程变量从起点移动到设定值需要花费多少时间。计算PID参数的公式见表5-2。
表5-2 Lambda控制器参数整定公式
注:上述整定规则不受τ/T的限制。
从表5-2可见,只要已知对象的K、T、τ,并指定性能参数λ的值,就可以根据表中公式计算PID参数。需要注意的是,Lambda整定适合于响应过程不要求很快且不希望有超调振荡的场合。这也是Lambda整定在造纸作业中应用比较普及的原因,因为某些过程变量的振荡会给最终产品带来视觉可见的瑕疵。
4.以各种误差积分值作为系统性能指标的工程整定方法
随着计算机控制系统的广泛应用,又提出了以各种误差积分值作为系统性能指标的PID控制器最佳参数整定公式,即
整定公式中的各系数在不同误差积分性能指标下的取值见表5-3。
表5-3 Z-N及IAE、ISE、ITAE性能指标的各系数取值
续表
注:为便于比较,表中也列入了Z-N整定方法计算公式。
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