PlantCruise小课堂第三十七讲——PID控制中比例控制作用的进阶应用

       PID叫做比例积分微分控制。顾名思义,影响控制效果的作用有三重:比例作用,积分作用,微分作用。其中比例作用的强弱取决于比例参数K。一般情况下,我们在设置PID参数时,关于比例调节的部分我们习惯于把比例K设成一个固定的常数,如图:

      这种情况下,比例调节控制作用的强弱是固定的。

      在现场应用中,有时我们希望比例调节作用的强弱可以根据实际情况自主发生变化。所谓因势利导,根据当前偏差的不同,PID控制自己加强或减弱K(作用)的大小,从而更加高效合理的将过程参数控制在我们希望的值域里。这时我们可以尝试其他的比例设定选项。

      比例控制的其他方案有三种,不管选择哪种方案,我们都需要先设一个比例的基准,即图中的KLIN。

      基准定了之后,根据选项的不同,实际比例作用参数K会按照不同的方案进行变化。下面我逐一给大家做个介绍:

      1、GAP

      俗称比例鸿沟。在这种选项中,首先需要定义一个值域界限,我们称之为GAP鸿沟。其中GAP High Limit和GAP Low Limit就是这条鸿沟的上下界限,如图:

      如果过程值PV落在鸿沟界外,表示实际工况距离操作员想要的值SP还差的太远,那么PID比例作用实际作用值K就等于固定的比例作用基准参数KLIN;

      如果过程值PV落在鸿沟界内,表示实际工况已经比较接近操作员想要的值SP,那么PID比例作用实际作用值K就等于另外一个固定值,即KLIN乘以KMODIFGAP。其中KMODIFGAP为比例变更参数。你可以把它设为0~1之间,从而相当于减弱实际的比例作用。如图

      2、Non-Linearity

     非线性比例作用。在这个选项中,要定义两个参数分别为NLFORM和NLGAIN。咱们先看公式和介绍:

      翻译一下。其中你设置的第一个参数NLFORM叫非线性比例常数----非整数0即整数1。第二个参数为NLGAIN,叫做非线性比例增益----可以是浮点实数。

       套用到这个公式里是什么意思??|PV-SP|/(PVEUHI-PVEULO)是个百分数,乘以常数NLGAIN结果仍然是个百分数,如果NLFORM=1,则中括号里的最终系数就>1,相当于K比基准值KLIN变大,比例控制作用增强;如果NLFORM=0,则中括号里的最终系数就可能<1,相当于K比基准值KLIN变小,比例控制作用减弱。

      而K的变化幅度和谁有关?|PV-SP|。也就是说当PV和SP差距越大,那么K的变化幅度就越剧烈,比例控制加强幅度越大;PV越接近SP,则K的变化幅度就越缓和,比例控制加强幅度越小。K与PV变化的关系如下图示:

      可以看到当PV=SP的时候我们可选择让比例控制的作用最弱,而当PV与SP差距增大时,K也会越来越大,比例作用会越来越强。根据PV和SP之间的差距大小,系统按照非线性关系自动调整K大小,即比例作用的强弱,达到因势利导的效果,极大的提高了控制效率。需要注意的是,上述比例作用的对象是error的开方值,而非error本身。

      3、EXT

      外部扩展比例调节。在这种模式中,比例作用参数:

      K=KLIN*KMODIFEXT

      其中KMODIFEXT为外部比例变更值,可以手动设为一个常数,也可以通过引脚连接其他功能块,或者通过程序赋值。总而言之KMODIFEXT是一个可以实时变化的系数。用这个系数乘以比例系数基准值KLIN,使得K也是实时变化的,从而比例调节作用的强弱也实时变化。如下图:

      通过上面的介绍,我们可以看到PKS功能的强大之处,即能够根据实际情况变化采用不同的控制强度和方案,帮助用户更好的解决过程生产中的需求。


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