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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 單相導軌開關電源

PID里的微分有什么用？

發布日期：2022-07-16 點擊率：64

如果您擁有一個本質上穩定的工廠，并且對獲得非常快速的瞬態響應不感興趣，那么PI控制器就足夠了。大約90％的回路都是PI控制。PI控制可以為您的大多數應用提供足夠好的控制，并且更加簡單。每次整定只需要調整P、I兩個參數，添加額外的調整參數會增加復雜性，會讓很多人感到困惑。微分和P、I不同，微分不是絕對必要的。

微分的主要作用就是增加系統阻尼，提高系統的過渡過程性能，如果系統沒有外部擾動，通常用PD也能使系統沒有穩態誤差。積分環節會引入-90°的滯后相角，所以如果PD能解決的問題就不會用PID，這是在機電控制中常用的方法。在發散過程、機器人控制等系統中，微分發揮了必不可少的作用。PID不僅僅是為過程控制設計的，PID控制算法的巧妙使它成為解決控制問題的第一殺招。

微分的引入相當于引入了新的零點，使得系統的極點向左半平面移動，使得穩定裕度更大，并獲得非常好的瞬態響應。有些自身不穩定的系統，只靠PI是不能夠變穩定的，需要新的零點把閉環特征根給吸引到左半平面來。同時微分的引入使PID調節器設計變得充滿挑戰。

當偏差持續變化時，微分控制模式可為控制器提供其他控制動作。這也使回路更穩定，從而允許使用更高的控制器增益和更快的積分。

如果過程受到外部干擾，微分具有減小過程變量與設定點的最大偏差的作用。對于典型的溫度控制回路，最大偏差可以降低20％。具有微分的PID控制回路與具有P或PI控制的回路相比，能夠以較小的偏差從干擾中更快恢復。

當被控對象具有平滑的測量和較長的時間常數時，過程變量趨于長時間沿同一方向移動，因此其斜率可用于預測未來的偏差。因此具有類似動態特性的被控對象是使用微分控制的理想選擇，例如精餾塔溫度。當純滯后時間不是純粹的純滯后時間，而是一系列小的時間常數時，微分更有用。使用微分“消除”那些小的時間常數之一。使用微分的一般經驗法則是微分時間應為所確定的一系列小的時間常數中的最大值或純滯后時間的一半，并且不大于積分時間的四分之一。這個經驗法則不適用于發散過程。

流量控制回路往往有噪聲和較短的時間常數。而且它們通常已經動作很快，因此速度不是問題。這些因素都使流量控制回路不適合使用微分控制。

當過程變量上有很多噪聲時，使用微分控制模式是個壞主意，因為微分會放大高頻噪聲，引起調節器執行機構的過度損耗。

結論：

微分為控制回路增加了復雜性的另一個方面。它確實有其好處，但僅在特殊情況下。如果回路并非絕對需要微分盡可能不用。但是，如果您有一個時間常數主導的回路且其平滑的過程變量可以用微分改善被控回路的瞬時特性。在過程控制中微分時間應為所確定的一系列小的時間常數中的最大值或純滯后時間的一半，并且不大于積分時間的四分之一。當過程變量上有很多噪聲時，可以嘗試對過程變量進行濾波，以便可以使用微分。

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