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时间延迟过程的PID补偿控制

1998-2002年：一项调查

摘要

时间延迟可以被定义为有一个系统中一个事件从这个点开始到另一个点结束之间所造成的时间间隔。延迟也广泛存在于运输迟缓或死区时间，他们出现在物理，化学，生物和经济生活中，以及在过程测量和计算中。时间延迟过程的补偿 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 大致可分成比例、积分、微分（PID）为基础的控制器，该控制器的 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 可根据该控制器的结构调整以及优化，得以在该控制器中以最优化的形式适应过程模型的结构和参数。本文的目的是总结在1998-2002年五年间的杂志岀版物中涉及到的用于延迟过程中的PID控制器的发展、调整、执行的本质。该文件将提供一个以前文章中可能没有出现过的框架。

引言

现状表示在产业中PID控制器的使用无处不在，例如，在过程控制应用中有超过95％的控制器是PID型（Astrom和赫格伦1995年）。尽管在过去40年中可替代的控制算法开发有所进步，但事实是PID控制器已广泛应用于工业差不多60年来，他们越来越受欢迎，例如，根据记录在2000年有83家涉及PID控制器控制延迟过程的出版物（德怀尔2003年a）。然而，安德（1993）认为，在大量的被控过程的数以千计的控制闭环中，超过30％的控制器在手动模式下运行和65％在自动模式下运行,但自动运行产生较多的延时（即自动控制器是很不谐调的），考虑到各个文章中信息对于确定控制器参数值，这是非常明显的。表1很好的证明了这点。由于篇幅的考虑，本文将大体介绍连续时间的PID补偿，这是自1998年提出的，系统为具有时间延迟的单输入单输出流程。

 

PID控制器，以各种各样控制器结构可用于连续或离散的时间。理想的连续时间PID控制器用拉普拉斯形式可如下表示

 

Ck=比例增益，Ti =积分时间常数Td=微分时间常数。如果Ti=无穷和Td=0（即P控制），那么闭环测量值会始终低于预期值这是因为被控对象没有积分环节，但是对于要保持持续稳定的测量值，比预期值低是一个有益的偏差。积分环节的引用促进了测量值和设定值之间的相等，这是由于误差的积累增大了控制器的输出。引进微分环节意味设定值的变化可以预期，因此适当的调整可能会提前加入到实际变化中。因此，在简单的层面来讲，PID控制器的输出是来自现在，过去和未来的控制。

在许多情况下，延迟过程下的PID控制器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 是基于最初的用于无延迟程序控制器的设计方法。不过，普遍认为PID控制器不适合延迟控制。有人建议，将PID实施于低到中等的时间常数、有小滞后时间的过程控制，同时参数设置必须用调整规则。

PI或PID控制器参数规则

2、1  迭代法

适当的补偿参数的选择可以通过实验方法得到，例如通过手动调整。然而，这种做法是费时而且被控对象通常是要达到其稳定极限。另外，图形 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 方法无论是在时间或频域都可对控制器进行调整。时域的设计是通过使用根轨迹图，但是，延迟过程将设定为二阶模型。频域设计典型的做法是通过波特图实现所需的相位裕度。迭代法可以为控制器的设计提供了一个较为理想的近似值参数。

2、2  Z-N调整规则

反应过程曲线调整规则是基于用开环阶跃响应确定了出模型再来计算控制器的参数。这种方法最初是由齐格勒建议和尼科尔斯（1942）提出的，他们提出单变量模型：一阶滞后加延迟（FOLPD）模型，使用切点法估计模型参数,并为P，PI和PID控制器参数整定作了相关定义。

还有其他反应曲线调整规则，有时以图形形式，来控制FOLPD过程模型（Shinskey 2001）或一个完整的加延迟（IPD）的模型（Hay 1998年）。该这种调整的战略优势是，只需要单一的实验测试，不会发生错误，控制器参数很容易计算；但是，它是难以计算准确的参数以及精减的过程模型，在测试过程中可能会出现较大的负载变化继而导致测试结果误差很大，并且要达到一个很好的信号信噪比可能需要一个大的阶跃输入。

性能（或优化）的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，如在一个闭环系统中绝对误差最小值的积分，可以用来确定一组控制参数值。调整规则，有时用图形形式，已经用来优化调整器响应或伺服响应，用于补偿单输入单输出的被控对象，模型分别有：稳定或不稳定FOLPD形式（Wilton 1999；Majhi和Atherton 2000年；Visioli 2001年a；Shen 2002），IPD形式（Visioli 2001年a），稳定或不稳定有延时的二阶系统（SOSPD）（Wilton 1999；Kwak等人。2000）或更一般形式（Shen 2000年）。

调整规则来实现特定的伺服系统和调整器的响应也早已被提出（Tan等人。 1998年，Yang 和Shao 2000年）。临界比例度法是通过临界频率（即在闭环控制系统的临界稳定发生的频率）时的控制器增益和振荡周期计算出来的。这种调节方法最早由齐格勒和尼科尔斯提出（1942年），是为了在一个有或没有延迟的被控过程中调整P，PI和PID控制器参数。调整规则隐含的建立了一个适当的频域稳定裕度进行补偿。这种调整规则，针对于IPD形式的SISO过程（Kookos等。1999），或稳定或不稳定SOSPD形式的SISO过程（Luyben 2000年），以降低性能指标，或达到指定的幅值裕度和相位裕度弥补延迟过程。另外，临界周期调整规则，以及修改的规则-----比例增益设置为使一个闭环瞬态响应衰减比率为0.25，或一个阶跃滞后为135-----可补偿一般、有延迟、稳定或不稳定的过程（Hay 1998；Tan等人。1999年；Yu 1999年；Prashanti和Chidambaram 2000；Tan等人。2001年；Robbins，2002年），有时可以达到指定幅值裕度和相位裕度（Prashanti和Chidambaram 2000年Tan等人。2001）或指定的闭环响应（Vrancic等。1999年，2001年）。

该控制器参数容易计算，但是，该系统一般必须在不稳定的比例控制下，该方法的实验性意味着特一的表现并不代表一般情况的实现，通常需要多次试验来确定的最终增益，由此产生的过程扰乱可能损害产品质量，有一个危险就是稳定极限环的临界可能会产生误差继而导致危险，而且过程变量信号的幅度可能过大，因此考虑到成本或安全实验可能不获通过。

直接合成调整规则使控制器有利于特定闭环反应。这些方法，包括极点配置方法和频域技术，如幅值裕度和相角裕度。极点配置策略用来解决以稳定或不稳定FOLPD模型（Bi等人。1999年；Chien等人。1999年；Huang等人。 2000年，Zhang，Xu 2000；Mann等人。 2001年b；Chen和Seborg，2002），IPD模型（Chen等人。