PID 错误：重置饱和
PID 为过程控制行业服务了十多年，并巩固了自己作为反馈控制主要技术的地位系统。多年来，该技术经历了多次升级和改进，让位于气动、电子和基于计算机的设备，从而确保对流程进行更严格的控制。
PID 系统的第一个突破是积分作用，也称为自动复位，它显着提高了配备比例作用的控制器的性能。 “P-only”控制器应用与测量值和设定值之间的差异成比例的校正工作，可以总结为：
- 如果差异或误差增加，P-only 控制器会做出积极的控制以减少差异。
- 如果差异减小，控制器会注入负控制力。
整个实现易于理解和维护，但存在寿命长的缺陷，这意味着随着错误的减少，控制工作也会减少。这减慢了错误减少的速度，增加了错误停止所需的总时间。但是错误也永远不会消失，因为 P 控制器会稍微偏移处理过程。
这种稳态误差通过与 P 控制器并行运行的积分作用得到纠正，确保只要误差具有非零值，控制力就会保持不变。这弥补了 PI 控制器的不足。虽然该控制器确保始终如一地努力消除错误，但它会引发其他问题。出现的最重要问题是闭环不稳定性，积分作用导致过程变量超过所需的设定值。如果控制过程非常敏感，这个问题就会变得特别有害，导致过冲在相反方向产生更大的误差。这启动了另一个错误消除过程。
为了纠正这一点，工程师使用分析技术来确定完全适合该过程的积分和比例增益。
重置结束错误
如果对执行器太小的过程使用大量控制工作来减轻显着量级的错误，则结果是重置饱和。致动器在与其最大输出相对应的特定值处饱和，无法进一步影响过程。操作员可以尝试通过降低设定值的值来缓解问题，使其落在执行器可以达到的范围内，但这不起作用。为什么？因为此时积分误差将达到一个巨大的值，控制器将不断尝试让执行器产生高于其上限的响应。
但是，如果设定点下降得足够低，则积分误差将开始下降。这必须与一串负误差相结合，以抵消执行器处于饱和状态期间累积的正误差的影响。
消除此错误的另一种方法是安装一个足够大的执行器，以产生过程所需的变化而不会饱和。
预加载修复
如果在控制器打开时执行器关闭，也会发生复位饱和。例如，在串级控制器的情况下，如果内环处于手动模式，它对外环控制器没有影响。如果外环控制器继续运行，其积分作用将“结束”。
这个问题的一个简单解决方案是，只要执行器不运行，就应该关闭控制器的积分器。另一种解决方案是将设定值调整为批次之间的过程变量值。但是，有更好的方法来修复重置饱和。
在预加载场景中，控制器的积分器输出是固定的，因此该过程将使用从前一批获得的错误开始下一批。通过预加载，重置可以从上一批继续，减少稳定到恒定状态所需的时间。
如果批次相同，则此方法效果最佳，因此控制器必须每次都获得相同的设定值。如果批次不相同，则必须使用数学模型来预测下一轮所需的积分作用。如果在启动过程之前进行建模，则此方法适用于连续过程。
Bumpless Transfer Fix
但是，预加载可能会导致一些问题。一个潜在的问题是每轮开始后对执行器输出的突然调整，这可能会损坏执行器。类似地，当控制器从自动模式切换到手动模式时，操作员试图修改控制力度也会损坏执行器。
Bumpless Transfer 使用人工预加载来解决这些问题。积分器加载了重新启动操作员所需的值，无需更改控制工作。控制器仍需考虑过程变量或设定值的变化，但切换到自动模式时会出现较小的波动。
死区并发症
死区时间是控制努力改变后过程变量进行调整所花费的时间。当变量传感器离致动器太下游时，就会发生这种情况。无论控制器如何努力，在传感器的物理参数发生变化之前，它都无法缓解错误。
当控制器试图纠正错误时，错误和过程变量都停止移动，从而产生一个结束的积分作用，就像执行器关闭时一样。对此的一种解决方案是降低积分增益，这将降低由于饱和而导致的最大积分作用并消除死区时间。
这个问题也可以通过发出带有死区时间的积分作用来解决，给结束缓冲时间来缓和下来。增强此技术的一种方法是在积分作用中添加间歇间隔。让比例作用工作一段时间后再开启积分作用可以缩短误差为零所需的时间。
这只是 PID 使用的一个示例。 PID 算法已被大幅修改，以考虑速度受限的执行器、过程变量测量噪声、时变过程模型等。
有兴趣了解更多信息？ 在 PanelShop.com 与我们的一位专业人士交谈 .
自动化控制系统