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经典:小孩学走路PK经典控制理论
电源网讯开关电源从理论上来说,是个强病态系统,但经过工程化近似好多问题可以
运用经典控制理论来解决。而经典控制理论里面的PID调节,有个脍炙人口,大家耳熟能
详的口诀,就是著名的PID调节口诀:
参数整定寻最佳,从小到大顺序查;
先是比例后积分,最后才把微分加;
曲线振荡很频繁,比例度盘要放大;
曲线漂浮绕大弯,比例度盘往小扳;
曲线偏离回复慢,积分时间往下降;
曲线波动周期长,积分时间再加长;
曲线振荡变很快,先把微分降下来;
动差大来波动慢,微分时间要加长;
联想曲线两个波,前高后低4比1;
一看二调多分析,调节质量不会低。
这是一条所有学过《自动控制理论》的人,都能熟记于心的口诀。小弟不才,原与各
位共同讨论这个话题。PID调节,何为P,何为I,何为D?何为零点,何为极点及它们在
系统中的影响,让我们在此一一讨论。
所谓P者,即proportion比例环节,作为最基本的控制作用,瞬态反应快,比例增
益变大会减小稳态误差增加稳态精度,但会使系统稳定性下降。所谓I者,即integral积
分环节,只要还有误差(即残余的控制偏差)存在,积分控制就按部就班地逐渐增加控制
作用直到余差消失,所以积分的效果比较缓慢。
所谓D者,即differential环节,微分控制是一种“预见”型的控制,它测出偏差
的瞬时变化率,作为一个有效早期修正信号,在超调量出现前会产生一种校正作用。如果
系统的偏差信号变化缓慢或是常数,偏差的导数就很小或者为零,这时微分控制也就失去
了意义。微分控制的特点是:尽管实际测量值还比设定值低,但其快速上扬的冲势需要及
早加以抑制,否则等到实际值超过设定值再作反应就晚了。但如果作为基本控制使用,微
分控制只看趋势不看具体数值所在,最理想的情况是能够把实际值稳定下来,但无法保证
稳定在设定值,所以微分控制不能作为基本控制作用。
上述可算是对PID调节的三个工具作用做的总结,如何使用它们,就要引出几个很重
要的概念:负反馈、传递函数、零点、极点。
一、何谓自动控制
小时候没见过大世面,高考报志愿的时候,搞不清自动化跟电气工程的差别,看到自
动化专业,马上能联想到的是:这边一按按钮,那边机器自动开始工作,然后人就可以一
边去泡杯茶,下象棋,两三个小时回来,再按按钮,机器停止工作,收工,这活又轻松又
能拿钱。这种土鳖式的理解,一直持续到大三学习《自动控制原理》。
如果有哪位达人能在我小时候学走路的时候告诉我,小孩子学走路,就是个自动控制
的过程,我万万不会有上述幼稚可笑的想法。
举个简单的例子,小孩子去取一个玩具:
设定目标:玩具
控制对象:双脚
执行机构:大脑
这个过程看似简单,其实已经包含了控制系统的所有概念。小孩子去取玩具,设定需
要走的路线,然后大脑控制双脚去走这条路线。走的偏了,眼睛反馈给大脑,大脑校正双
脚回到正轨;再次偏离正轨,眼睛再次反馈给大脑,大脑再次校正双脚回到正轨周而复
始,经过一段时间,终于到达玩具所在地,完成任务。这是一个非常完整的自动控制的过
程。
由此,我们可见,作为一个完整的自动控制系统,至少需要包括三个元素:
1、控制机构:大脑;这个可理解成控制器
2、执行机构:双脚;这个可理解成被控对象
3、反馈环节:眼睛。这个可理解成测量工具
作为一个完整的自动控制系统,上面三个元素,缺一不可。《自动控制理论》研究的是
什么呢?如果《自动控制原理》这门课程,改名为《反馈控制系统》或者《偏差控制系统》,
可能会更确切些。《自动控制原理》研究的仅仅是上述三个元素中的两个元素:控制机构
和反馈环节,而且这个反馈环节,可以简化为单位负反馈。在这门课程里,被控对象是
已知的,即是各种典型环节,最典型
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