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類型分類：: 科普知識

數(shù)據(jù)分類：: 單相導(dǎo)軌開關(guān)電源

PID里的微分有什么用？

發(fā)布日期：2022-07-16 點擊率：78

如果您擁有一個本質(zhì)上穩(wěn)定的工廠，并且對獲得非常快速的瞬態(tài)響應(yīng)不感興趣，那么PI控制器就足夠了。大約90％的回路都是PI控制。PI控制可以為您的大多數(shù)應(yīng)用提供足夠好的控制，并且更加簡單。每次整定只需要調(diào)整P、I兩個參數(shù)，添加額外的調(diào)整參數(shù)會增加復(fù)雜性，會讓很多人感到困惑。微分和P、I不同，微分不是絕對必要的。

微分的主要作用就是增加系統(tǒng)阻尼，提高系統(tǒng)的過渡過程性能，如果系統(tǒng)沒有外部擾動，通常用PD也能使系統(tǒng)沒有穩(wěn)態(tài)誤差。積分環(huán)節(jié)會引入-90°的滯后相角，所以如果PD能解決的問題就不會用PID，這是在機電控制中常用的方法。在發(fā)散過程、機器人控制等系統(tǒng)中，微分發(fā)揮了必不可少的作用。PID不僅僅是為過程控制設(shè)計的，PID控制算法的巧妙使它成為解決控制問題的第一殺招。

微分的引入相當(dāng)于引入了新的零點，使得系統(tǒng)的極點向左半平面移動，使得穩(wěn)定裕度更大，并獲得非常好的瞬態(tài)響應(yīng)。有些自身不穩(wěn)定的系統(tǒng)，只靠PI是不能夠變穩(wěn)定的，需要新的零點把閉環(huán)特征根給吸引到左半平面來。同時微分的引入使PID調(diào)節(jié)器設(shè)計變得充滿挑戰(zhàn)。

當(dāng)偏差持續(xù)變化時，微分控制模式可為控制器提供其他控制動作。這也使回路更穩(wěn)定，從而允許使用更高的控制器增益和更快的積分。

如果過程受到外部干擾，微分具有減小過程變量與設(shè)定點的最大偏差的作用。對于典型的溫度控制回路，最大偏差可以降低20％。具有微分的PID控制回路與具有P或PI控制的回路相比，能夠以較小的偏差從干擾中更快恢復(fù)。

當(dāng)被控對象具有平滑的測量和較長的時間常數(shù)時，過程變量趨于長時間沿同一方向移動，因此其斜率可用于預(yù)測未來的偏差。因此具有類似動態(tài)特性的被控對象是使用微分控制的理想選擇，例如精餾塔溫度。當(dāng)純滯后時間不是純粹的純滯后時間，而是一系列小的時間常數(shù)時，微分更有用。使用微分“消除”那些小的時間常數(shù)之一。使用微分的一般經(jīng)驗法則是微分時間應(yīng)為所確定的一系列小的時間常數(shù)中的最大值或純滯后時間的一半，并且不大于積分時間的四分之一。這個經(jīng)驗法則不適用于發(fā)散過程。

流量控制回路往往有噪聲和較短的時間常數(shù)。而且它們通常已經(jīng)動作很快，因此速度不是問題。這些因素都使流量控制回路不適合使用微分控制。

當(dāng)過程變量上有很多噪聲時，使用微分控制模式是個壞主意，因為微分會放大高頻噪聲，引起調(diào)節(jié)器執(zhí)行機構(gòu)的過度損耗。

結(jié)論：

微分為控制回路增加了復(fù)雜性的另一個方面。它確實有其好處，但僅在特殊情況下。如果回路并非絕對需要微分盡可能不用。但是，如果您有一個時間常數(shù)主導(dǎo)的回路且其平滑的過程變量可以用微分改善被控回路的瞬時特性。在過程控制中微分時間應(yīng)為所確定的一系列小的時間常數(shù)中的最大值或純滯后時間的一半，并且不大于積分時間的四分之一。當(dāng)過程變量上有很多噪聲時，可以嘗試對過程變量進行濾波，以便可以使用微分。

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