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關于Lambda整定方法的推導過程

2024/3/11 15:16:03 人評論 次瀏覽 分類:過程控制  文章地址:http://m.wxmqjy.com/tech/5397.html

國外有一本書對PID參數整定方法進行了匯總,大概有一百多種整定方法,四百多個整定公式。整定方法太多恰恰說明這些整定方法都是工程方法,科學性不足,這讓工程師無所適從,所以大部分的工程師還是使用試湊法憑經驗進行PID參數整定。經驗法科學性不足、不可傳承,這導致PID參數整定工程師的缺乏。現場工程師的PID參數整定能力不足,進而影響了裝置過程控制水平的提高。既有控制理論的知識,又對PID參數整定的重要性和意義有足夠的認識,才能找到科學規范的整定方法。

PID控制器

“很容易證明,任何具有合理整定的控制器都將優于ZN法整定的控制器”。但是PID參數Lambda整定方法的研究借鑒了ZN整定方法的工程化思想并進行了改進:


①Lambda整定方法也是基于響應曲線獲得PID控制器模型,但是將控制模型分為一階純滯后模型和積分純滯后模型,這種方法極大地拓展了Lambda的適用范圍,降低了對模型精度的要求;


②Lambda整定方法也是從研究純比例控制器性能入手的,但是并不需要臨界振蕩,也不考慮微分作用,而是根據被控對象特性和控制要求計算得到比例增益;


③Lambda整定方法也是為了獲得最優PID參數,但是最優標準調整為過程變量有超調無振蕩,PID控制器的形式還確定為比例積分控制并提供了閉環性能靈活調整的參數;


④Lambda整定方法針對大時間常數對象也一樣,可以把自衡對象近似為積分對象,并取得滿意的控制效果。


關于Lambda整定方法的推導過程

在網上有馮少輝博士發布的一本電子書:《詳解Lambda整定方法推導》。電子書里進行了Lambda整定公式推導。Lambda整定方法理論非常嚴密,可是由于使用了傳遞函數和頻域知識,很多非自控專業的工程師還是看不太懂。我們嘗試基于響應曲線得到Lambda整定公式,使用的Lambda整定方法的推導過程其實和《詳解Lambda整定方法推導》里的方法看起來已經大不相同,但是殊途同歸,得到了一樣的Lambda整定公式。積分對象的Lambda整定方法也比很多文獻上介紹的方法更簡潔。Lambda的理論基礎在1957年就提出了,Lambda整定方法1968年已經公開發表,Lambda整定方法也和內模控制有一定的關系,但是這些進步沒有獲得一線工程師的認可和關注。

關于Lambda整定方法我們不僅進行了宣傳推廣,還做了一些創造性的工作:


①從眾多整定方法中找到和確定了PID參數整定的定量方法,嘗試在一個框架下解決各種類型被控對象的PID參數整定問題。


②Lambda整定理論和實踐的結合。把整定理論根據實踐中的問題進行了工程化擴展,既突破了分析設計方法,又擴大了適用范圍,推動Lambda整定方法的工程化改進。


③基于響應曲線和λ選擇進行PID參數整定,并沒有使用更復雜的系統辨識知識,而是使用更直觀的響應曲線得到Lambda整定所需的控制模型參數,欠阻尼、大純滯后、非最小相位、積分等各類被控對象都可以應用響應曲線確定PID參數。


④發展和改進了積分對象的Lambda整定方法。積分對象如果直接使用分析設計方法,將得到一個純比例控制器,為了消除余差又不振蕩,對積分對象我們也使用了比例積分控制并進一步確定了積分時間的計算公式。


⑤使用統一模型結構描述自衡對象和積分對象。自衡對象和積分對象的Lambda整定方法使用一樣的比例增益計算方法和λ選擇依據,簡化和統一了Lambda整定方法。

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