PID控制器有何缺點(diǎn)?PID控制器的性能究竟如何?

今天，小編將在這篇文章中為大家?guī)?lái)PID控制器的有關(guān)報(bào)道，通過閱讀這篇文章，大家可以對(duì)它具備清晰的認(rèn)識(shí)，主要內(nèi)容如下。

一、PID控制中存在的問題

首先，我們來(lái)看看PID控制器中存在的一些問題。

在工業(yè)過程中，導(dǎo)致控制回路性能不佳的原因可以歸結(jié)為以下一種或者多種情形。下面，我們來(lái)具體看下每種情況的具體內(nèi)容。

1)PID控制器調(diào)整不當(dāng)，缺乏維護(hù)。出現(xiàn)這種情況的原因包括：控制器從未調(diào)整過或根據(jù)不匹配模型調(diào)整過，或者使用了不正確類型的控制器。在工業(yè)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)中，90%以上的控制器都是PID型控制器，即使在某些情況下可以使用其他控制器，也可以獲得更好的性能。事實(shí)上，控制回路性能不佳的最常見原因是控制器缺乏維護(hù)。經(jīng)過多年的運(yùn)行，執(zhí)行器和被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性可能會(huì)因磨損等原因發(fā)生變化。 只有少數(shù)工程師維護(hù)控制回路，操作員和工程師往往缺乏對(duì)控制回路性能不佳的原因的了解。

2)設(shè)備故障或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。 控制回路性能不佳可能是由傳感器或執(zhí)行器故障(例如過度摩擦)引起的。如果工業(yè)設(shè)備的設(shè)計(jì)或設(shè)備的組成部分不合理，問題可能會(huì)更嚴(yán)重。這些問題無(wú)法通過重新調(diào)整控制器來(lái)有效解決。所以，在設(shè)計(jì)PID控制器的時(shí)候，一定要考慮到結(jié)構(gòu)的合理性。

3)PID控制器的前饋補(bǔ)償不足或不足。如果處理不當(dāng)，外部干擾會(huì)降低回路的性能。因此，當(dāng)干擾可測(cè)量時(shí)，建議使用前饋控制 (FFC) 來(lái)補(bǔ)償干擾。

4)PID控制器的控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。輸入/輸出配對(duì)不當(dāng)、忽略系統(tǒng)變量之間的相互耦合、競(jìng)爭(zhēng)控制器、自由度不足、非線性強(qiáng)、大時(shí)滯補(bǔ)償不足等都可能導(dǎo)致控制結(jié)構(gòu)問題。

二、PID控制性能評(píng)估

通過上面的介紹，大家對(duì)PID控制器中存在的問題已經(jīng)具備了初步認(rèn)識(shí)。在這部分，我們來(lái)看看PID控制的性能如何。

用已知過程中的常規(guī)運(yùn)行數(shù)據(jù)估計(jì)PID控制所能達(dá)到的最小方差是可行的; 對(duì)于PID控制，以PID所能達(dá)到的最小方差性能作為評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，評(píng)價(jià)結(jié)果更加合理;擬合模型后估計(jì) PID 控制器參數(shù)可以顯著降低過程輸出方差。

針對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行性能監(jiān)控與評(píng)估是當(dāng)今世界過程控制界最受關(guān)注的研究方向之一?？刂破餍阅鼙O(jiān)控與評(píng)估工作可追溯到20世紀(jì)六七十年代Astrom(1967)、DeVrieWu(1978)等人的工作;到1970年，由Box Jenkins(1976)、Astro最小方差控制;1989年Harris(1989)用最小方差控制進(jìn)行SISO系統(tǒng)方差性能的評(píng)估，使得此領(lǐng)域在隨機(jī)性能監(jiān)控和評(píng)估方面有了開創(chuàng)性的成果和新的目標(biāo)。從此，CPM/CPA技術(shù)吸引了大批控制理論界學(xué)者的關(guān)注和研究而獲得了快速的發(fā)展。經(jīng)過前人的努力，此技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為涉及控制理論、系統(tǒng)辨識(shí)、信號(hào)處理和概率統(tǒng)計(jì)等多門學(xué)科的交叉綜合技術(shù)，通常被稱作為控制回路的性能監(jiān)控與評(píng)估、控制器的性能監(jiān)控與評(píng)估、性能評(píng)估等。

為解決工業(yè)系統(tǒng)中因系統(tǒng)時(shí)變引起的PID控制器環(huán)路性能退化問題，浙江大學(xué)劉曉燕基于Edgar提出的PID可達(dá)性評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，提出了一種性能評(píng)估、優(yōu)化和監(jiān)控的方法，即：PID回路評(píng)估和優(yōu)化算法。 該算法利用系統(tǒng)的閉環(huán)輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行在線滑動(dòng)窗口辨識(shí)，利用基于MVC(MinimumVariance Control)的PID最小方差可達(dá)性準(zhǔn)則評(píng)價(jià)PID控制器的性能，計(jì)算出最優(yōu)PID控制器 最小方差意義上的參數(shù); 將理論最小方差與輸出方差進(jìn)行比較，作為PID系統(tǒng)在線優(yōu)化的啟停閾值，仿真證明了它的有效性。

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