當(dāng)進(jìn)行PID（比例-積分-微分）調(diào)節(jié)時(shí)，單純使用P（比例）調(diào)節(jié)雖然能保證系統(tǒng)穩(wěn)定，但無法兼顧穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)定性。通過引入I（積分）項(xiàng)或PI、PID控制器，我們可以實(shí)現(xiàn)超調(diào)小且無穩(wěn)態(tài)誤差的控制。

在理解為什么增加I積分項(xiàng)后可以消除穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，讓我們分析公式中的關(guān)鍵部分。誤差信號(hào)e(t)是設(shè)定值SP(t)與實(shí)際輸出PV(t)之間的差異，而控制器輸出M(t)由比例增益Kc、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td等因素決定。

在系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下，誤差為零，P（比例）和D（微分）部分失效，此時(shí)I（積分）部分保持恒定，并達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)所需控制器的輸出值。因此，積分的作用是抵消穩(wěn)態(tài)誤差。

單純的比例控制在沒有積分的情況下，雖然增益增大可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，但會(huì)帶來超調(diào)增加、振蕩增多和調(diào)節(jié)時(shí)間延長(zhǎng)等問題，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。而I（積分）項(xiàng)的存在意味著只要存在誤差，控制器輸出就會(huì)根據(jù)積分效應(yīng)逐漸變化，逐步減少誤差。

理想情況下，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，誤差為零，P和D部分消失，只有I部分保持不變且等于所需的控制器輸出值。這就確保了穩(wěn)態(tài)下的精確控制。

在確定采樣周期時(shí)，它應(yīng)足夠小以準(zhǔn)確反映PV曲線的特性，但也不能過小以免增加CPU負(fù)擔(dān)。合適的采樣周期有助于計(jì)算積分和微分的近似值，提高控制精度。

至于D（微分）項(xiàng)，它的主要作用是減小超調(diào)量。微分項(xiàng)與誤差變化率成正比，根據(jù)誤差變化趨勢(shì)提供預(yù)測(cè)性制動(dòng)效果。通過提前響應(yīng)被控量的變化趨勢(shì)，微分控制可以在超調(diào)發(fā)生前采取措施，從而減少超調(diào)的出現(xiàn)。

不過，D（微分）時(shí)間TD過大會(huì)導(dǎo)致過度預(yù)制動(dòng)，可能反而使響應(yīng)遲緩并增大超調(diào)。因此，微分作用的強(qiáng)度應(yīng)適中，以避免負(fù)面效果。設(shè)置TD為0時(shí)，微分部分將不發(fā)揮作用。

通過合理的PID參數(shù)設(shè)置和采樣周期選擇，我們可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、無穩(wěn)態(tài)誤差且超調(diào)量小的控制過程。

(責(zé)任編輯：佚名)