PID控制器是现代工业控制系统的核心,在自动控制系统中广泛应用。其中,PID控制器包含比例控制、积分控制、微分控制三部分。PID控制器的积分控制部分是能够消除系统稳态误差的重要组成部分,但是,积分环节过强或过弱都会引起控制系统的不稳定。为了确保积分环节的效果,需要对积分部分进行限幅,这就是PID积分限幅。
PID控制器的积分消除器部分是把系统的误差累计起来,为控制系统提供补偿作用,然而,当手动或自动干扰作用下,积分环节过于迅速地增加,会导致系统“过冲”现象的发生,进而使系统失去稳定性。因此,需要对积分环节进行限幅,将不良的效应有效地消除或削弱。
针对PID控制系统的积分环节过强或过弱的问题,积分限幅的方法有很多种,其中一种比较常见的方法是利用“时间窗口法”,对输入到积分器的信号进行时间窗口控制,限制一段时间内的累积误差不得超出一定值,达到限制积分时间的目的。此外,还可以通过增加积分环节惯性、限定积分器积分输入量范围的方法等进行积分限幅。
PID积分限幅的实现可以通过程序或硬件进行,最常见的是在PLC、DCS等控制器硬件中直接设置PID参数限制方式,比如在MODBUS通讯协议中,设置“PID积分时间窗口限制值”等参数,在程序代码实现上,则要根据具体情况编写程序代码,增加相关调节参数,实现积分限幅调节效果。