DT-PID V2.1.0
本文為您介紹DT-PID組件。
功能說(shuō)明
PID控制器是最常見的單變量基礎(chǔ)控制器，其算法簡(jiǎn)單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制，廣泛適用于沒有精確模型的控制系統(tǒng)，對(duì)于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)也具有較好的精確控制能力。
PID控制又稱為比例、積分、微分控制，控制器有三個(gè)核心控制參數(shù)，分別為比例系數(shù)Kp、積分時(shí)間常數(shù)Ti 、微分時(shí)間常數(shù)Td，分別介紹如下。
比例系數(shù)Kp
直接影響系統(tǒng)的閉環(huán)增益和響應(yīng)速度，即影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力；增大比例系數(shù)使系統(tǒng)反應(yīng)更靈敏，調(diào)節(jié)速度更快，并且可以減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是比例系數(shù)過大會(huì)使超調(diào)量增大，振蕩次數(shù)增加，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)性能變壞，比例系數(shù)太大甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。
對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)而言，單純的比例控制很難保證調(diào)節(jié)得恰到好處，完全消除穩(wěn)態(tài)誤差，很多時(shí)候需要積分作用配合一起進(jìn)行控制。
積分時(shí)間常數(shù)Ti
積分具有相位滯后作用，直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，即影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)能力；積分控制能在比例控制的基礎(chǔ)上消除系統(tǒng)輸出跟蹤設(shè)定值的穩(wěn)態(tài)誤差。
減小積分時(shí)間常數(shù)使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差能力增強(qiáng)，但過小的積分時(shí)間常數(shù)會(huì)使得積分作用過強(qiáng)，導(dǎo)致系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定性下降。
微分時(shí)間常數(shù)Td
微分具有相位超前作用，直接影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)超調(diào)量，即影響系統(tǒng)穩(wěn)定性余量；微分控制在比例控制或比例積分控制的基礎(chǔ)上，能有效改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，它可以使系統(tǒng)超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，動(dòng)態(tài)誤差減小。
增大微分時(shí)間常數(shù)使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力增強(qiáng)，但過大的微分時(shí)間常數(shù)會(huì)使得微分作用過強(qiáng)，導(dǎo)致系統(tǒng)抗擾動(dòng)和抑制噪聲能力下降。
計(jì)算邏輯原理
DT-PID-v2組件采用增量式PID控制，控制量u離散化描述滿足如下
其中，u(k-1)是上一時(shí)刻系統(tǒng)的控制量，也可以是初始時(shí)刻的外部參考值，
為當(dāng)前時(shí)刻控制量增量。
DT-PID-v2組件中控制增量有如下形式
其中，
為積分系數(shù)，
為微分系數(shù)。DT-PID-v2組件中控制增量寫成如下形式
使用流程說(shuō)明
在AICS畫布中拖入DT-PID-v2組件, 點(diǎn)擊組件DT-PID-v2進(jìn)入PID基礎(chǔ)配置頁(yè)面。
將組件的輸入輸出端口與相關(guān)組件端口進(jìn)行連接，然后選擇輸入配置進(jìn)行輸入端口和控制器參數(shù)配置，并點(diǎn)擊確認(rèn)保存。
輸出端口和參數(shù)包括輸出控制量u和對(duì)應(yīng)質(zhì)量碼，已默認(rèn)配置好，無(wú)需配置。
組件參數(shù)說(shuō)明
輸入端口參數(shù)
參數(shù)名 | 參數(shù)描述 | 參數(shù)默認(rèn)值 | 參數(shù)范圍 | 備注 |
比例系數(shù) | PID控制器關(guān)鍵參數(shù)kp | 1 | 非負(fù) | [1] |
積分系數(shù) | PID控制器關(guān)鍵參數(shù)ki (ki=kp/Ti) | 0 | 非負(fù) | [2] |
微分系數(shù) | PID控制器關(guān)鍵參數(shù)kd (kp=kp*Td) | 0 | 非負(fù) | [2] |
控制變量上限 | 控制變量可執(zhí)行范圍的上限u_max | 9999 | 無(wú) | |
控制變量下限 | 控制變量可執(zhí)行范圍的下限u_min | -9999 | 小于控制變量上限 | |
控制變量增量上限 | 控制變量每步變化率的上限du_max | 9999 | 無(wú) | |
控制變量增量下限 | 控制變量每步變化率的下限du_min | -9999 | 小于控制變量上限 | |
設(shè)定值死區(qū)下限增量 | 被控變量設(shè)定范圍的下限 dsp_low | 0 | 小于0 | [3] |
設(shè)定值死區(qū)上限增量 | 被控變量設(shè)定范圍的上限 dsp_high | 0 | 大于0 | |
目標(biāo)設(shè)定值 | 被控變量的設(shè)定值 sp | 0 | 無(wú) | |
被控變量測(cè)量值 | 被控變量的實(shí)際測(cè)量值 pv | 0 | 無(wú) | |
前饋量 | PID的前饋?zhàn)兞浚挥羞B續(xù)前饋的差值才會(huì)作用到最終結(jié)果 ff | 0 | 無(wú) | |
正作用/反作用 | 誤差的正反作用 | 是（反作用） | 是、否 | [7] |
算法開關(guān) | 算法開關(guān)打開時(shí)算法輸出，否則控制量輸出鎖定不變并且是quality=0的壞值 | 是（打開） | 是、否 | [4] |
手自動(dòng)開關(guān) | 自動(dòng)為PID算法輸出，手動(dòng)為直接調(diào)用dcs信號(hào)輸出 | 是（自動(dòng)） | 是、否 | [4][5] |
控制量參考開關(guān) | 在自動(dòng)模式下可用，打開后每一步的值都會(huì)參考dcs信號(hào) | 否（不參考dcs信號(hào)） | 是、否 | [6] |
手動(dòng)dcs信號(hào) | 外接的dcs指令信號(hào)，手動(dòng)模式使用，同時(shí)作為自動(dòng)模式的初始化信號(hào) u_dcs | 0 | 無(wú) | [1] |
控制量反饋測(cè)量值 | 外接的dcs指令測(cè)量值信號(hào)，手動(dòng)模式使用，同時(shí)作為自動(dòng)模式的初始化信號(hào) u_given | 0 | 無(wú) | [1] |
輸入?yún)?shù)備注說(shuō)明
該P(yáng)ID組件為增量式PID，如果僅有比例項(xiàng)系數(shù)（如kp=1, ki=kd=0），控制器僅依靠偏差的變化量進(jìn)行計(jì)算輸出，當(dāng)偏差變化較小時(shí)，控制量輸出變化較小，此時(shí)請(qǐng)謹(jǐn)慎選擇手動(dòng)dcs信號(hào)。由于我們采用以手動(dòng)dcs信號(hào)初始化，如果u_dcs/u_given為0, PID輸出會(huì)以0為初值且變化較慢，可能會(huì)導(dǎo)致控制異常。
請(qǐng)注意積分系數(shù)，微分系數(shù)的輸入?yún)?shù)定義方式，其中Ti與Td是以算法底層秒為單位的積分時(shí)間與微分時(shí)間。公式中不包含的采樣時(shí)間Ts 會(huì)在算法中考慮。
設(shè)定值死區(qū)上下限為0時(shí)意味著該功能禁用。
算法開關(guān)和手自動(dòng)開關(guān)可以隨時(shí)打開關(guān)閉。
即使用了自動(dòng)模式，也會(huì)采用手動(dòng)模式作為第一步去初始化，所以dcs信號(hào)在兩種模式下同樣重要。
打開后會(huì)把計(jì)算得到的du附加在手動(dòng)u_dcs信號(hào)上，而不是在PID容器儲(chǔ)存的上一時(shí)刻的輸出u_pre。
正作用：誤差=pv-sp，反作用：誤差=sp-pv；若已在pid控制器之前計(jì)算好誤差量，則可直接用誤差輸入到sp端口或pv端口。
輸出端口參數(shù)
參數(shù)名 | 參數(shù)描述 |
u | 計(jì)算得到的控制量u |
state | PID控制器的質(zhì)量碼狀態(tài) |
輸出參數(shù)備注說(shuō)明
state 參數(shù)是新引入的表示PID狀態(tài)的值，在PID輸入信號(hào)質(zhì)量碼都好的情況下會(huì)輸出True, 單次接收到壞質(zhì)量碼仍會(huì)輸出True，在連續(xù)三次以上接收到壞質(zhì)量碼后會(huì)輸出False作為警報(bào)。
state只是作為提示輸出，本身不參與任何控制器的運(yùn)算與執(zhí)行。
PID組件使用
DT-PID-v2組件在AICS平臺(tái)畫布中的控制系統(tǒng)連接及使用如下圖：
