变频调速的PID调节功能

    1．问题的提出。上述工作过程存在着一个矛盾：一方面，要求储气罐的实际压力（其大小与XF成正比）应无限接近于目标压力（其大小与XT成正比），就是说，要求（XT-XF）→0；另一方面，变频器的输出频率fx又是由XT和XF相减的结果来决定的。可以想像，如果把（XT-XF）直接作为给定信号XG的话，系统将是无法工作的。    2．比例(P)环节。解决上述矛盾的方法是将（XT-XF）进行放大后再作为频率给定信号，即    XG=Kp(XT-XF)式中Kp-比例增益（即放大倍数）。    上述关系如图7-18所示。由于XG是（XT-XF）成正比地放大的结果，故称此环节为比例环节。显然，Kp越大，则    （XT-XF）=XG/Kp越小，XF越接近于XT，如图7-20a所示。
    图7-18    比例放大前后各量间的关系    这里，XF只能是无限接近于XT，却不能等于XT。就是说，XF和XT之间总会有一个差值，通常称为静差，用ε表示。静差值应该越小越好。    显然，比例增益Kp越大，静差ε越小。在专用的PID调节器中，比例增益的大小常常是通过“比例带”来进行调节的。所谓比例带，就是按比例放大的区域，用P表示（等于Kp的倒数），如图7-19所示。
    图7-19    比例增益与比例带    a)输出与输入的比例关系b）比例带的概念    由图7-19可知，比例带P越小，相当于比例增益Kp越大。但在几乎所有变频器内置的PID调节功能中，都是直接预置比例增益Kp的。    比例增益环节的引入，又出现了新的矛盾：为了减小静差，应尽量增大比例增益，但由于系统有惯性，因此Kp太大了，又容易引起被控量（压力）忽大忽小，形成振荡，如图7-20b所示。
    图7-20    P、I、D的综合作用示意图    a)P调节b）振荡现象c）PI调节d）PID调节    3．积分(I)环节。引入积分环节的目的是：    (1)使给定信号XG的变化与乘积Kp（XT-XF）对时间的积分成正比。意思是说，尽管Kp（XT-XF）一下子增大（或减小）了许多，但XG只能在“积分时间”内逐渐地增大（或减小），从而减缓了XG的变化速度，防止了振荡。积分时间越长，XG的变化越慢。    (2)只要偏差不消除（XT-XF≠0），积分就不停止，从而能有效地消除静差，如图7-20c所示。    但积分时间太长，又会发生在被控量（空气压缩机的压力）急剧变化时，被控量（压力）难以迅速恢复的情况。    4．微分(D)环节。微分环节的作用是：可根据偏差的变化趋势，提前给出较大的调节动作，从而缩短调节时间，克服了因积分时间太长而使恢复滞后的缺点，如图7-20d所示。