25.3 : Интерпретация временной области контроля ПД

Пропорционально-дифференциальное (ПД) управление — широко используемый метод управления в различных инженерных системах для повышения стабильности и производительности. В системе только с пропорциональным управлением распространенными проблемами являются высокий максимальный выброс и колебания, наблюдаемые как в сигнале ошибки, так и в скорости его изменения. Это поведение можно разделить на три отдельные фазы: начальный выброс, последующий недобор и постепенная стабилизация.

Рассмотрим пример управления крутящим моментом двигателя. Изначально положительный сигнал ошибки вызывает быстрое увеличение положительного крутящего момента двигателя. Этот скачок крутящего момента приводит к значительному выходному выбросу и колебаниям, связанным с высокой силой и недостаточным демпфированием. Выход системы превышает желаемое значение, что отражает чрезмерную начальную коррекцию пропорционального управления и слабое сопротивление.

На втором этапе отрицательный сигнал ошибки создает отрицательный крутящий момент двигателя, который замедляет выход, заставляя его не доходить до целевого значения. Этот недобор указывает на склонность системы к избыточной компенсации в противоположном направлении после первоначального перерегулирования (выброса) . Уменьшение крутящего момента на этом этапе замедляет выход, однако отсутствие адекватного демпфирования приводит к колебательному поведению.

На заключительной фазе положительный крутящий момент двигателя снова появляется, уменьшая недобор с предыдущей фазы. Каждое колебание сопровождается уменьшением амплитуды ошибки, что постепенно стабилизирует выход системы. Высокая начальная коррекция и слабое сопротивление, вызвавшие выброс, уравновешиваются увеличенным сопротивлением и уменьшенной силой коррекции в этой фазе.

ПД-управление эффективно решает эти проблемы, вводя упреждающие корректировки на основе наклона сигнала ошибки. Этот упреждающий механизм позволяет системе предсказывать и корректировать свое направление, смягчая чрезмерный выброс и уменьшая амплитуду колебаний. Регулируя скорость реакции системы, ПД-управление точно настраивает начальную силу коррекции и усиливает сопротивление, что приводит к меньшему (перерегулированию) выбросу и (недорегулированию) недобору. Следовательно, система достигает более стабильного и контролируемого выхода.