PID控制器参数整定：解决积分饱和问题

本文主要探讨了单回路系统中PID控制器的“积分饱和”问题以及PID控制器的参数整定和应用。积分饱和问题出现在系统受到大扰动时，控制阀无法完全打开或关闭以消除输出误差，导致控制器输出达到极限值。在扰动恢复后，系统需要一段时间才能恢复正常。文章由浙江大学智能系统与决策研究所的戴连奎撰写，旨在帮助读者理解PID控制器的工作原理和优化方法。 首先，文章回顾了上一讲的内容，包括SimuLink仿真、控制器的正反作用选择、单回路系统性能指标以及PID控制律与性能的关系。在选择控制阀的“气开气关”和控制器的正反作用时，需要确保闭环系统为负反馈以实现稳定控制。 接着，文章深入讨论了PID控制器的物理意义。纯比例控制在设定值或扰动阶跃变化时会产生稳态余差，而积分作用则用来消除这一余差，但可能影响系统的稳定性。微分作用可以提供超前控制，提高稳定性，但在实际工业过程中因易受噪声影响而不常使用。 本讲的重点在于介绍PID控制器的参数整定。控制器增益Kc（比例度δ的倒数）影响系统的调节速度和稳定性；积分时间Ti决定了余差消除的速度，但也会影响稳定性；微分时间Td则影响系统的超前控制和对噪声的敏感性。对于具有大滞后特性的对象，可以引入微分作用，但需注意测量噪声的过滤。 文章提出了两种工程整定方法：经验法和临界比例度法。经验法根据被控变量类型设置初始参数，然后在运行中调整。临界比例度法通过观察等幅振荡来确定控制器的比例增益，是一种相对更精确的整定方法。 最后，文章强调了“防积分饱和”和“无扰动切换”技术的重要性，这些技术用于防止控制器输出超出可调范围并确保在扰动变化时的平稳过渡。此外，还提到了PID参数的自整定方法，这是自动化系统中实现控制器动态调整的有效途径。 总结来说，这篇文章全面阐述了PID控制器在单回路系统中的应用，特别是如何处理积分饱和问题以及参数整定的策略，对于理解和优化PID控制器在实际工程中的表现非常有帮助。