【文章內容簡介】 中KV——開環(huán)增益（也稱放大系數） （）通常，與液壓缸負載相比，伺服閥的響應速度很高，可以看成比例環(huán)節(jié)，即=1，因此，系統的開環(huán)函數可化簡為 （） 電液位置伺服系統的數學建模系統的具體數據：項目液壓缸有效面積(Ap)負載力(FL)液壓阻尼比（ξh）液壓固有頻率(ωh)動態(tài)柔性系數（K2）伺服閥增益(Ksv)伺服閥固有頻率(ωsv)伺服閥阻尼比(ξsv)流量壓力系數(Kce)系統開環(huán)增益()參數148(cm2)27468(N)(rad/s)(s)103m3/(s?A)157(rad/s)1012(m3/s?Pa)416求得系統的開環(huán)傳遞函數： 三、 PID控制器的設計PID控制規(guī)律做為經典控制理論的最大成果之一，由于其原理簡單且易于實現，具有一定的自適應性和魯棒性，對于無時間延時的單回路控制系統很有效，在工業(yè)過程控制中仍被廣泛采用。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）已經很多，產品已在工程實際中得到了廣泛的應用，有各種各樣的PID控制器產品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數自整定功能的智能調節(jié)器(Intelligent Regulator)，其中PID控制器參數的自動調整是通過智能化調整或自校正、自適應算法來實現。有利用PID控制實現的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現PID控制功能的可編程控制器（PLC），還有可實現PID控制的PC系統等等。出于本文系統較為簡單，工況條件比較平穩(wěn)、干擾較小以及PID控制結構簡單，易于實現，這樣將大大減輕系統在此情況下的運行成本的原因，最后本文設計的機振臺電液位置伺服控制系統將采用PID控制的控制方法。 PID控制系統設計原理在模擬控制系統中。系統由模擬PID控制器和被控對象組成。比例微分積分被控對象+++PID控制器是一種線性控制器，它根據給定值與實際輸出值構成控制偏差，即PID的控制規(guī)律為：式中Kp為比例系數；Ti為積分時間常數；Td為微分時間常數。簡單來說PID控制校正環(huán)節(jié)中積分環(huán)節(jié)的作用是用于消除靜差，提高系統的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數Ti，Ti越大，積分作用越弱，反之則強。 比例(P)控制比例控制是一種最簡單的控制方式，其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steadystate error)。比例控制作用及時，能迅速反應誤差，從而減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是，比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。其調節(jié)器用在控制系統中，會使系統出現余差。為了減少余差，可適當增大Kp，Kp愈大，余差就愈小；但Kp增大會引起系統的不穩(wěn)定，使系統的穩(wěn)定性變差，容易產生振蕩。 積分(I)控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。積分控制的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差。只要系統有誤差存在，積分控制器就不斷地積累，輸出控制量，以消除誤差。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因而，只要有足夠的時間，積分控制將能完全消除誤差，使系統誤差為零，從而消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用太強會使系統超調加大，甚至使系統出現振蕩。 微分(D)控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。自動控制系統在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。微分控制能夠預測誤差變化的趨勢，可以減小超調量，克服振蕩，使系統的穩(wěn)定性提高。同時，加快系統的動態(tài)響應速度，減小調整時間，從而改善系統的動態(tài)性能。 PID控制特點理論和實踐證明，即便是整定得很好的PID參數值，系統響應的快速性與超調量之間也存在矛盾，二者不可能同時達到最優(yōu)，且系統在跟蹤設定值與抑制擾動方面對控制參數的要求也是矛盾的。下面從系統穩(wěn)定性、響應速度、超調量和控制精度等各方面特性來分析PID三參數對PID控制品質的影響。比例系數Kp的作用：加快系統的響應速度，提高系統調節(jié)精度。Kp越大，系統的響應速度越快，但將產生超調和振蕩，甚至導致系統不穩(wěn)定，因此Kp值不能取的過大；如果Kp值較小，則會降低調節(jié)精度，使響應速度變慢，從而延長調節(jié)時間，使系統動、靜態(tài)特性變壞。積分環(huán)節(jié)作用系數Ti的作用：消除系統的穩(wěn)態(tài)誤差。Ti越大，積分速度越快，系統靜差消除越快。但Ti過大，在響應過程的初期以及系統在過渡過程中，會產生積分飽和現象，從而引起響應過程出現較大的超調，使動態(tài)性能變差。若Ti過小，積分作用變弱，則系統的靜差難以消除，過渡過程時間加長，不能較快的達到穩(wěn)定狀態(tài)，影響系統的調節(jié)精度和動態(tài)特性。微分環(huán)節(jié)作用系數Td的作用：改善系統的動態(tài)特性。因為PID控制器的微分環(huán)節(jié)只影響系統偏差的變化率，其作用主要是在響應過程中抑制偏差向任何方向的變化，對偏差變化進行提前制動，降低超調，增加系統的穩(wěn)定性。但Td過大，則會使響應過程過分提前制動，從而拖長調節(jié)時間，而且系統的抗干擾性也會變差。 PID控制參數整定常規(guī)的PID調節(jié)以消除誤差和減少外擾為目的，應用PID控制，必須適當地調整比例放大系數Kp，積分時間Ti和微分時間Td，使整個控制系統得到良好的性能。準確有效的選定PID的最佳整定參數是關于PID控制器是否有效的關鍵部分。PID控制器參數整定的方法有很多，概括起來主要有兩大類：一是理論計算整定法，二是通過在線實驗的工程整定法。理論計算整定法。它主要是依據被控對象準確的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法一般較難做到，同時，得到的計算數據未必可以直接使用，還必須通過工程實際進行調整和修改。工程整定法。它不需要得到過程模型，主要依賴工程經驗，在控制系統的試驗中直接進行參數整定。方法簡單實用，計算簡便且易于掌握，可以解決一般的實際問題，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數的工程整定法，主要有臨界比例度法（又稱穩(wěn)定邊界法）、反應曲線法和4:1衰減法。其共同點都是通過實驗，然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。然而，無論采用哪一種方法整定所得到的控制參數，都需要在實際運行中進行最后的調整與完善。一個調節(jié)系統，在階躍干擾作用下，出現既不發(fā)散也不衰減的等幅震蕩過程，此過程成為等幅振蕩過程，如下圖所示。此時調節(jié)器的比例度為臨界比例度δk，被調參數的工作周期為為臨界周期Tk。臨界比例度法整定PID參數步驟:(1)將調節(jié)器積分時間設定為無窮大、微分時間設定為零（即Ti＝∞，Td＝0），比例度適當取值，調節(jié)系統按純比例作用投入。穩(wěn)定后，適當減小比例度，在外界干擾作用下，觀察過程變化情況，尋取系統等幅振蕩臨界狀態(tài)，得到臨界參數。(2)根據臨界比例度δk和為臨界周期Tk，: 調節(jié)規(guī)律調節(jié)器參數比例度δ，單位：％積分時間Ti，單位：min微分時間Td，單位：minP2δkPIδkTkPIDδkTkTk(3)將計算所得的調節(jié)器參數輸入調節(jié)器后再次運行調節(jié)系統，觀察過程變化情況。多數情況下系統均能穩(wěn)定運行狀態(tài)，如果還未達到理想控制狀態(tài)，進需要對參數微調即可。衰減曲線法整定調節(jié)器參數通常會按照4：1和10：1兩種衰減方式進行，兩種方法操作步驟相同，但分別適用于不同工況的調節(jié)器參數整定。4：1衰減曲線法整定調節(jié)器參數,在純比例度作用下的自動調節(jié)系統，在比例度逐漸減小時，出現4：1衰減振蕩過程，此時比例度為4：1衰減比例度δs，兩個相鄰同向波峰之間的距離為4:1衰減操作周期TS，如下圖所示