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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 單相導軌開關電源

如何讀懂閉環階躍響應曲線

發布日期：2022-07-16 點擊率：108

在DCS系統上很容易將PID控制回路的設定值、測量值和PID調節器輸出組態到同一畫面上顯示曲線，本文就和大家說說如何讀懂閉環階躍響應曲線。

下圖是在進行控制回路優化時常見的閉環階躍響應曲線。這個設定值階躍響應曲線蘊含著很多信息，這些信息是PID整定的基礎和關鍵。繼續閱讀之前您可以試試自己能想到什么。也許您想到的比筆者想到的更多。

圖1 控制回路閉環階躍響應曲線

1、區分測量值、設定值和PID調節器輸出。在上圖中都是平直變化的綠色粗線肯定是設定值。剩下的兩條線中，在設定值變化時有快速變化的黃色線就是調節器輸出，另外一條平滑變化的就是測量值。
①錯誤：靠近的兩條線就是設定值和測量值，其中平直的是設定值，平滑的是測量值。因為常見的DCS每條曲線都可以設置獨立的顯示范圍，靠近的兩條線可能是曲線顯示設置造成的。
②PID控制算法形式不同時在設定值變化時，PID調節器輸出可能也沒有快速變化。
2、該回路處于閉環控制模式，設定值變化時PID調節器輸出會相應調整。
3、設定值變化平直，該回路應該是主回路或者是單回路。
4、PID調節器輸出減少，測量值也減少。
5、該PID調節器使用了標準PID形式，而且使用了微分。設定值變化時PID調節器輸出由于偏差突然變化，在比例和微分聯合作用下，PID調節器輸出會快速變化然后回調。
6、被控對象是個自衡對象。因為設定值變化穩定后，PID調節器輸出的穩態值發生了大的變化。
7、被控對象有大概1分鐘的純滯后：被控對象在PID調節器輸出變化后，測量值大概1分鐘才開始變化。
8、看標簽是個溫度控制回路，但是該被控對象的響應速度很快。
9、由于兩次設定值變化的響應曲線有明顯變化，在設定值變化之間肯定調整了控制的PID參數。
10、變化后的PID參數更合理。因為后一次設定值變化時，調節器表現為調節器輸出有超調無振蕩，測量值無超調。而前一次設定值變化，PID調節器輸出有振蕩，測量值也有振蕩。
11、根據前一次設定值變化的響應曲線，可以發現：
①由于PID調節器輸出有振蕩，而且同相位，PID調節器的比例作用太強了；
②雖然測量值振蕩，但是看起來有“拖尾”現象，積分作用還是弱；
③PID調節器輸出設定值變化引起的跳變并沒有達到穩態值，然而PID調節器輸出還是表現為振蕩，說明被控對象的純滯后時間比時間常數要大。純滯后與時間常數的比是判斷一個對象是否是大純滯后對象的關鍵依據。該被控對象也是一個大純滯后對象。

作者：馮少輝博士(現從事先進控制工作，有一線十幾年工作經歷，真正理論聯系實際的過程控制專家)

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