控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識

出處：維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于：2023-07-18 16:52:28 | 418 次閱讀

本系列文章中討論的第五個(gè)控制器是 PID+：使用命令過濾器修改的 PID 控制器（如下圖 6-24）。與 PI+ 一樣，PID+ 的目標(biāo)是允許更高的積分增益以改善直流剛度。同樣，輸入濾波器消除了由高積分增益引起的峰值；與 PI+ 一樣，命令響應(yīng)會隨著剛度的提高而受到影響。

圖6-24。實(shí)驗(yàn) 6E，PID+ 控制器

調(diào)節(jié) PID+ 控制器與調(diào)節(jié) PID 控制器相同，只是必須在調(diào)節(jié)積分增益之前選擇 KFR 值（類似于 PI+）。其流程如下圖6-25所示。

圖6-25。調(diào)整 PID+ 控制器。
上面圖6-25的調(diào)整過程的結(jié)果如圖6-24和下面的圖6-26和圖6-27 所示。積分增益從 PID 控制器中的 120 增加到 300。

閉環(huán)波特圖顯示帶寬從 PID 控制器的 359 Hz 降至 282 Hz。然而，PID+控制器只有140°的相位滯后，優(yōu)于閉環(huán)PID控制器的170°相位滯后。

圖6-26。PID+ 控制器的閉環(huán)波特圖（282Hz 帶寬，0.4dB 峰值）。
比較 PID+ 和 PI+ 控制器，D 增益的引入使 PID+ 控制器具有更高的帶寬（282 Hz 與 180 Hz 相比）和類似的 DC 剛度，如積分增益 (300) 所示。

如下圖 6-27所示，PID+控制器的 GM 與 PID 控制器相似，但 PM 為 45°，比 PID 控制器小 10°。這是預(yù)料之中的；與 PI+ 控制器一樣，命令過濾器允許控制器以較低的 PM 工作。

圖6-27。PID+ 控制器的開環(huán)波特圖（45° PM，7.9 dB GM）。
PD 控制

本系列介紹的第六個(gè)控制器是 PD 控制器。這里，P 控制器增加了 D 項(xiàng)，以允許更高的比例增益?？刂破魅缦聢D6-28所示。它與 I 增益為零的 PID 控制器相同。

圖6-28。實(shí)驗(yàn) 6F，PD 控制器。
調(diào)節(jié) PD 控制器（如下圖 6-29）與調(diào)節(jié) PID 控制器相同，但假設(shè) KI 為零。噪聲的影響與 PID 控制器所經(jīng)歷的影響相同。
這允許更高的帶寬（PD 控制器為 353 Hz，而 P 控制器為 186 Hz），盡管該帶寬下的相位滯后要高得多（PD 控制器為 162°，而 P 控制器為 110°）。與 PID 控制器一樣，PD 控制器速度很快，但更容易出現(xiàn)穩(wěn)定性問題。
此外，GM 更?。?.8 dB，比 Pcontroller 低 3 dB）。PD 控制器在需要最快響應(yīng)的情況下非常有用。
選擇控制器
本系列六個(gè)控制器的調(diào)整結(jié)果列于下表 6-3。每個(gè)控制器都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。簡單的 P 控制器提供適合許多應(yīng)用的性能。
I 項(xiàng)的引入提供了直流剛度，但減少了 PM。PI+ 和 PID+ 中的命令濾波器允許更高的直流剛度，但減少了帶寬。
D 項(xiàng)提供了更高的響應(yīng)能力，但會侵蝕增益裕度并增加相移，如果該環(huán)路要在外環(huán)路中閉合，則這是一個(gè)缺點(diǎn)。
圖表提供了選擇控制器的過程。首先確定應(yīng)用是否需要D增益；如果不是，請避免使用它，因?yàn)樗鼤黾訌?fù)雜性，增加噪聲敏感性，并竊取增益裕度。
接下來，確保應(yīng)用程序可以支持D增益；有噪聲的系統(tǒng)可能無法在差分增益下正常工作。之后，檢查應(yīng)用程序所需的直流剛度。
如果不需要，請避免積分增益。如果需要，請使用標(biāo)準(zhǔn)形式（PI 或 PID）；如果需要最大直流剛度，請使用 PI+ 或 PID+ 控制添加輸入濾波器。

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