昌暉儀表在本文分享控制器積分飽的概念和五種控制器抗積分飽和方法，對(duì)大家更好發(fā)揮控制器作用提供較好的借鑒。
1、積分飽和的概念
有積分特性的控制器普遍存在積分飽和問(wèn)題，就是說(shuō)，這種控制器只要偏差沒(méi)有消失，其輸出就會(huì)按偏差的極性向兩個(gè)極端位置(最大或最小)的方向變化。這樣就會(huì)出現(xiàn)控制器或執(zhí)行器損壞，并因克服反向擾動(dòng)的速度降低而惡化系統(tǒng)的控制品質(zhì)。對(duì)于前者，無(wú)需多加說(shuō)明對(duì)于后者，可用圖1來(lái)說(shuō)明。當(dāng)控制器輸出達(dá)到規(guī)定的上、下限時(shí)，執(zhí)行器已處于飽和狀態(tài)，即Pout繼續(xù)增加，執(zhí)行器也不會(huì)繼續(xù)動(dòng)作。因?yàn)榭刂破髯隽颂摂M的控制動(dòng)作，故通過(guò)控制器的介質(zhì)不會(huì)改變。一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)，使控制偏差的極性變反，控制器的輸出要慢慢從深飽和區(qū)退出，直到處于信號(hào)范圍才能改變控制介質(zhì)的流量。就是說(shuō)，從P1點(diǎn)退到控制系統(tǒng)開(kāi)始起作用的P2點(diǎn)，要耽誤從P1點(diǎn)到P2點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，即在T1至T2的時(shí)間內(nèi)，控制系統(tǒng)不起任何作用。
圖1 控制器的工作區(qū)和深飽和區(qū)
2、防積分飽和的方法
①采用比例控制器
這是防積分飽和的最簡(jiǎn)單的方法，但會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生靜差。因此，該方法作為防積分飽和措施而言是很少采用的，也不值得推薦。
②采用限幅裝置
采用某種形式的限幅是防積分飽和的另一種方法。工業(yè)上應(yīng)用的氣動(dòng)控制器都配有限幅裝置。根據(jù)限幅裝置的限幅范圍，可使控制器的輸出不超越控制器所限定的輸出范圍。嚴(yán)格地說(shuō)，這種輸出限幅并不是真正的防積分飽和，只是限幅裝置把送給控制閥的信號(hào)限制住而已，并不能改善克服反向擾動(dòng)的控制品質(zhì)。
③對(duì)現(xiàn)有的PI控制器進(jìn)行改進(jìn)
許多控制器的積分網(wǎng)絡(luò)與控制器的輸出是固定的內(nèi)部聯(lián)系。現(xiàn)可用外部接線加以改進(jìn)，如圖2所示?？刂破鬏敵鼋尤?/span>低選器的一個(gè)輸入端，控制器防飽和點(diǎn)的相應(yīng)信號(hào)P3接入低選器的另一端。當(dāng)控制器的輸出還沒(méi)有達(dá)到開(kāi)始飽和點(diǎn)(P2＜P3)，低選器隔斷控制器輸出與積分網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系，選中P3作為積分網(wǎng)絡(luò)的輸入，達(dá)到防積分飽和的目的。這種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的關(guān)鍵是如何設(shè)計(jì)飽和點(diǎn)信號(hào)P3。
圖2 PI控制器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)
④采用PD控制器
這是較為實(shí)用的方法。采用PD控制器能減少超調(diào)，與純比例控制器相比，還能減少系統(tǒng)的靜差，但不能消除靜差。如允許有較小靜差時(shí)，則采用PD將優(yōu)先于PI,即不存在積分飽和問(wèn)題。
⑤采用串聯(lián)PID控制器
當(dāng)負(fù)荷和設(shè)定值可能發(fā)生變化，而超調(diào)和靜差又不允許存在時(shí)，解決積分飽和的最好辦法是采用串聯(lián)PID控制器，它的簡(jiǎn)單原理框如圖3所示。
圖3 串聯(lián)PID控制器原理圖
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