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PID控制系统的稳固性

2023/7/10 11:07:22

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在学术上,控制的稳固性基本就是渐进稳固性,BIBO稳固性是没有步伐证实渐进稳固性时的“退而求其次”的工具,不怎么上台面的 。可是工业界里的稳固性有两个看起来相似、实质上不尽相同的方面:一个虽然是渐进稳固性,不但逐渐稳固下来,并且向设定值收敛;另一个则是稳固性,但纷歧定向设定值收敛,或者说稳固性比收敛性优先这样一个情形 。后者的情形就是需要PID控制系统稳固在还算靠谱的位置就可以了,几多靠近设定值就行,要紧的是不要动来动去,是不是正幸亏设定值反而并不是太主要 。这样的例子有许多,好比反应器的压力是一个主要参数,反应器压力不稳固,进料一会儿打得进去,一会儿打不进去,质料进料比例就要乱套,催化剂进料也不稳固,反应就不稳固 。可是反应器的压力究竟是2MPa照旧2.5MPa并没有太大的关系,只要逐步地但又稳固地向设定值收敛就足够了 。这是PID控制理论里较量少涉及的一个情形,但这也是工业上时常接纳积分主导的控制的一个主要缘故原由 。

系统的频率就是系统响应一连振荡时的频率,可是控制领域里有三拨人在倒腾:一拨是以机电类动力学系统为特色的电工身世,包括航空航天、火力控制、机械人等;一拨是以一连历程为特色的化工身世的,还包括冶金、造纸、化纤等;尚有一拨是以微分方程稳固性为特色的应用数学身世的 。在瓦特和抽水马桶的年月里,各坐各的山头,井水不犯河水,倒也太平 。但控制从艺术上升为理论后,总有人喜欢“统一”各个山头 。在控制理论的三国大战中,电工帮抢了先,好端端的控制理论里被塞进了电工里的频率  ?墒前】墒,这哪是频率啊,这是......复频率 。既然那些“失常”的电工党能折腾出虚功率来,那他们也能折腾出复频率来 。他们自虐倒也算了,只是苦了无辜之众,以后被迫受此精神折磨 。



事情的缘由是系统的稳固性 。前面提到,PID参数若是设得欠好,系统可能不稳固 。除了探索,有没有步伐从理论上盘算出合适的PID参数呢 ?有的 。动态历程可以用微分方程形貌,着实在PID的阶段,这只是微分方程中很狭窄的一支:单变量定常系数线性常微分方程 。要是还记得一点高数,一定还记得线性常微的解,除了疏散变量法什么的,若是自变量时间用t体现的话,最常用的求解照旧把eλt代入微分方程,然后解λ的代数方程(正式称呼是特征方程),解出来的就是特征根 。这可以是实数,也可以是复数 。是复数的话,微分方程的解就要用三角函数睁开了(怎么样,昔时恶梦的感受找回来一点没有) 。实数根整个都是实部 。复数根可以剖析为实部和虚部,只要所有特征根的实部为负,那微分方程就是稳固的,由于负的指数项最终随时间向零收敛 。虚部究竟有多大就无所谓了,对稳固性没有影响,但对振荡频率有影响 。可是,这么求解剖析起来照旧禁止易,照旧超不出“详细情形详细剖析”,难以得出一样平常的结论 。

现在法国排不进第一天下了,再自豪的法国人都不敢自称超等大国,但昔时法国人是很牛的,除了凡尔赛宫和法国大餐外,尚有许多厉害的数学家 。其中一个叫拉普拉斯的家伙,捣鼓出一个拉普拉斯变换,把常微分方程酿成s的多项式 。拉普拉斯变换是数学变换的一种,而数学变换是数学天下里一个十分精妙的游戏 ;辜堑媚峁爬埂た嬷餮莸挠跋贰豆也撇仿,淘宝人发明了一副巧妙的彩色偏振镜片,用差别组合,可以在《自力宣言》原稿背面看出差别的寻宝线索 。这虽然是骗票房的工具,但数学变换好比这彩色偏振镜片,从一个看似一堆混沌的工具里换一个角度去看,再换一个角度去看,可以看出许多玄妙来,尤其是结构性的特征 。用拉普拉斯变换处置惩罚常微分方程也是这个意思,可以从看似无从入手的常微分方程里,提出与稳固性相关的特征信息来 。对形貌动态历程的微分方程施加拉普拉斯变换后,微分方程就酿成了转达函数,这是经典控制理论的基础 。这内里的数学细节提及来较量啰唆,照旧留给严谨的教科书吧 。

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