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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 單相導軌開關電源

什么是Lambda整定？

發布日期：2022-07-16 點擊率：89

PID調節器已經成功應用近百年。盡管有各種整定技術但是有明顯實際應用效果而且被工業界接受的卻很少。許多大學本科課程仍在講解由John G. Ziegler和Nathaniel B. Nichols在20世紀40年代開發的Ziegler-Nichols整定方法。

上個世紀八十年代之前的大多數整定方法都關注克服不可測階躍擾動時的峰值和累積偏差。這種積極行為對防止激活減災系統或啟動停車條件非常重要，但是由于魯棒性不足不適合處理實際問題或實現其他控制目標。整定結果存在增益大、積分時間短的問題，不可避免地在系統中引起振蕩，難以使系統達到整體性能最佳的控制目標，不適合大多數化工應用。最近的Lambda整定方法關注增加魯棒性、最小化非線性、耦合和振蕩影響并滿足其他過程目標：最大化吸收干擾的緩沖罐液位控制，比值控制的回路協調和串級控制中底層回路的設定值響應等。

Lambda整定是用于減少過程波動的成功方法。從最簡單的意義上講，Lambda整定以所需的閉環響應速度實現回路的非振蕩響應。通過選擇一個閉環時間常數(通常稱為Lambda)來設置響應速度。通過選擇該閉環時間常數，可以在一個單元過程中協調一組回路的協調整定，從而使它們的共同作用有助于建立整個過程的理想動態。Lambda整定規則僅需要用戶指定一個性能參數：λ。這不僅僅是為了簡化KC和TI的計算過程，還是為了讓用戶能夠通過具有物理意義的參數來選擇控制器的預期性能，而不使用那些沒那么直觀的概念，例如比例度和積分時間，從而實現整定工作的科學化。

閉環時間常數的選擇隨回路及其在整體控制策略中的作用而異。選擇閉環時間常數的最常見依據：
1、在確保魯棒性和防止過度振蕩的前提下，使回路盡可能快。
2、使回路的響應速度與控制并行管線的另一個回路完全相同。
3、使回路的響應速度慢于通過該過程耦合的另一個更重要回路的響應速度，以實現解耦。
4、使串級副回路的響應速度快于串級主回路。
5、在確保控制器能夠處理所有正常需求變化的同時，盡量減小對相關裝置的影響，使該回路的響應速度(通常是緩沖罐液位控制器)盡可能慢。
6、將閉環時間常數與隨機干擾噪聲結構相匹配，以使變化最小。

Lambda整定概念的基礎可以追溯到1957年Newton，Gould和Kaiser的分析設計方法。簡而言之，一旦知道了過程模型并且選擇了閉環特性，該方法就可以直接合成所需的調節器。1968年，EB Dahlin在數字控制器上的工作為Lambda整定提供了主要推動。Dahlin將所需的閉環響應速度描述為“Lambda”。Dahlin只關心一階純滯后對象，而Morari和Chien等人將該技術推廣到一般的傳遞函數。設計方法的基礎是零極點配置，其中調節器零點用于抵消過程極點。

Lambda整定規則(有時也稱為內部模型控制(IMC)整定)為針對速度的整定規則(例如 Ziegler-Nichols和Cohen-Coon等)提供了強大的替代方法。盡管Lambda和IMC規則的推導不同，但對自衡對象的PI調節器產生相同的規則。Ziegler-Nichols和Cohen-Coon整定規則的目標是4:1 衰減振蕩，而Lambda整定規則的目標是一階純滯后對設定值的響應。

Lambda整定規則優點
1、過程變量在發生干擾或設定值變化后不會超調。
2、Lambda整定規則對通過階躍測試確定過程純滯后時間時所犯的任何錯誤的敏感性要低得多。這個問題在時間常數為主的過程中很常見，因為很容易低估或高估了過程純滯后時間。當純滯后時間不正確時，Ziegler-Nichols 和Cohen-Coon整定規則可能會給出非常糟糕的結果。
3、整定非常魯棒，這意味著即使過程特性與用于整定的過程相比發生了較大變化，控制回路也能保持穩定。
4、Lambda整定的控制回路可以更好地吸收干擾，并將更少的干擾傳遞給下游過程。對于高度耦合過程，這是一個非常有吸引力的特性。造紙機上的控制回路通常使用Lambda整定規則進行整定，以防止整個機器由于過程相互耦合和反饋控制而發生振蕩。
5、用戶可以為控制回路指定所需的響應時間(實際上是閉環時間常數)。這提供了一個λ整定因子，可用于加快或減慢回路響應。
不幸的是，Lambda整定規則也有一個缺點。他們將控制器的積分時間設置為等于過程時間常數。如果過程具有非常長的時間常數，則調節器將因此具有非常長的積分時間。較長的積分時間會使系統從干擾中恢復的速度非常慢。

Lambda整定的控制器中使用微分控制毫無意義。如果需要快速回路響應，則應使用微分控制，因此應與快速整定規則(如 Cohen-Coon)結合使用。Lambda整定不適用于獲得超快速的閉環響應。如果響應速度是整定目標，請使用其他整定規則。

注意
1、Lambda整定PID參數適用于具有串聯或理想形式的PID，但不適用于并行形式(獨立增益)PID。
2、Lambda整定方法計算控制器增益(KC)，而不是比例度(PB)。PB=100/KC。
3、該方法假定控制器的積分設置為積分時間TI(以分鐘為單位)，而不是積分增益KI。KI=KC/TI。
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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