如何讀懂閉環(huán)階躍響應(yīng)曲線

時間：2022/12/4閱讀：907

在DCS系統(tǒng)上很容易將PID控制回路的設(shè)定值、測量值和PID調(diào)節(jié)器輸出組態(tài)到同一畫面上顯示曲線，本文就和大家說說如何讀懂閉環(huán)階躍響應(yīng)曲線。

下圖是在進(jìn)行時常見的閉環(huán)階躍響應(yīng)曲線。這個設(shè)定值階躍響應(yīng)曲線蘊含著很多信息，這些信息是PID整定的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。繼續(xù)閱讀之前您可以試試自己能想到什么。也許您想到的比筆者想到的更多。

圖1 控制回路閉環(huán)階躍響應(yīng)曲線

1、區(qū)分測量值、設(shè)定值和輸出。在上圖中都是平直變化的綠色粗線肯定是設(shè)定值。剩下的兩條線中，在設(shè)定值變化時有快速變化的黃色線就是調(diào)節(jié)器輸出，另外一條平滑變化的就是測量值。
①錯誤：靠近的兩條線就是設(shè)定值和測量值，其中平直的是設(shè)定值，平滑的是測量值。因為常見的DCS每條曲線都可以設(shè)置獨立的顯示范圍，靠近的兩條線可能是曲線顯示設(shè)置造成的。
②形式不同時在設(shè)定值變化時，PID調(diào)節(jié)器輸出可能也沒有快速變化。
2、該回路處于閉環(huán)控制模式，設(shè)定值變化時PID調(diào)節(jié)器輸出會相應(yīng)調(diào)整。
3、設(shè)定值變化平直，該回路應(yīng)該是主回路或者是單回路。
4、PID調(diào)節(jié)器輸出減少，測量值也減少。
5、該PID調(diào)節(jié)器使用了標(biāo)準(zhǔn)PID形式，而且使用了微分。設(shè)定值變化時PID調(diào)節(jié)器輸出由于偏差突然變化，在比例和微分聯(lián)合作用下，PID調(diào)節(jié)器輸出會快速變化然后回調(diào)。
6、被控對象是個。因為設(shè)定值變化穩(wěn)定后，PID調(diào)節(jié)器輸出的穩(wěn)態(tài)值發(fā)生了大的變化。
7、被控對象有大概1分鐘的純滯后：被控對象在PID調(diào)節(jié)器輸出變化后，測量值大概1分鐘才開始變化。
8、看標(biāo)簽是個溫度控制回路，但是該被控對象的響應(yīng)速度很快。
9、由于兩次設(shè)定值變化的響應(yīng)曲線有明顯變化，在設(shè)定值變化之間肯定調(diào)整了控制的PID參數(shù)。
10、變化后的PID參數(shù)更合理。因為后一次設(shè)定值變化時，調(diào)節(jié)器表現(xiàn)為調(diào)節(jié)器輸出有超調(diào)無振蕩，測量值無超調(diào)。而前一次設(shè)定值變化，PID調(diào)節(jié)器輸出有振蕩，測量值也有振蕩。
11、根據(jù)前一次設(shè)定值變化的響應(yīng)曲線，可以發(fā)現(xiàn)：
①由于PID調(diào)節(jié)器輸出有振蕩，而且同相位，PID調(diào)節(jié)器的比例作用太強(qiáng)了；
②雖然測量值振蕩，但是看起來有“拖尾"現(xiàn)象，積分作用還是弱；
③PID調(diào)節(jié)器輸出設(shè)定值變化引起的跳變并沒有達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，然而PID調(diào)節(jié)器輸出還是表現(xiàn)為振蕩，說明被控對象的純滯后時間比時間常數(shù)要大。純滯后與時間常數(shù)的比是判斷一個對象是否是大純滯后對象的關(guān)鍵依據(jù)。該被控對象也是一個大純滯后對象。

作者：馮少輝博士(現(xiàn)從事*控制工作，有一線十幾年工作經(jīng)歷，真正理論聯(lián)系實際的過程控制專家)

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