控制工程实践(8)——PID四种类型控制器(之比例-积分控制器PI)

PI控制器中的积分增益是用来校正P控制器的稳态误差。但要注意,积分增益的比重(限值)要小于比例增益,要让比例增益发挥主导作用,否则容易出现难以克服的超调。

即使稳态误差很小,由于积分的累加效果,依然会有不断增大的输出控制,所以能够消除稳态误差。

积分增益提供稳态和低频刚度。刚度表征系统抗扰动能力。积分增益在低频段起作用,改善了低频段的刚度。积分增益越大,校正越快。由于积分在离散域中是累加运算,其值变化很快,所以必须编写饱和算法代码。积分增益容易导致系统不稳定,有90°的相位滞后,减小了相位裕度,常见的不利影响是超调和振铃。如果系统的振荡很明显,主要是积分输出过大导致,需要调节增益和限幅值。

1.PI控制

I增益提供了稳态刚度。I增益越大,稳态刚度越强,但超调量也会越大。KI和KP是并联的:

——采样周期。

复频域传递函数表达式

若单纯只有比例控制,最后水位稳定在0.8m,离目标值1m有0.2m稳态误差。引入积分,这时加水量除了误差的比例输出,还有误差累加量,加水量大于漏水排水量,水缸水量继续增加,渐渐水量会达到目标水位1.0m。稳定后,稳态误差为0,误差比例控制输出为0,误差积分控制输出等于排水量0.1m。

2.如何调试PI控制器

PI控制器的调试和P控制器的调试步骤大体类似。PI先调比例系数 ,后调积分系数 。调试步骤如下:

不过,若实际控制系统不能出现超调,则可以调整KI至系统刚好不出现超调为止。

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