五种控制器抗积分饱和的方法

1、积分饱和的概念

有积分特性的控制器普遍存在积分饱和问题，就是说，这种控制器只要偏差没有消失，其输出就会按偏差的极性向两个极端位置（最大或最小）的方向变化。这样就会出现控制器或执行器损坏，并因克服反向扰动的速度降低而恶化系统的控制品质。对于前者，无需多加说明对于后者，可用图1来说明。当控制器输出达到规定的上、下限时，执行器已处于饱和状态，即Pout继续增加，执行器也不会继续动作。因为控制器做了虚拟的控制动作，故通过控制器的介质不会改变。一旦控制系统出现扰动，使控制偏差的极性变反，控制器的输出要慢慢从深饱和区退出，直到处于信号范围才能改变控制介质的流量。就是说，从P1点退到控制系统开始起作用的P2点，要耽误从P1点到P2点的运动时间，即在T1至T2的时间内，控制系统不起任何作用。

　　图1 控制器的工作区和深饱和区

2、防积分饱和的方法

①采用比例控制器

这是防积分饱和的最简单的方法，但会使系统产生静差。因此，该方法作为防积分饱和措施而言是很少采用的，也不值得推荐。

②采用限幅装置

采用某种形式的限幅是防积分饱和的另一种方法。工业上应用的气动控制器都配有限幅装置。根据限幅装置的限幅范围，可使控制器的输出不超越控制器所限定的输出范围。严格地说，这种输出限幅并不是真正的防积分饱和，只是限幅装置把送给控制阀的信号限制住而已，并不能改善克服反向扰动的控制品质。

　　图2 PI控制器的结构改进

③对现有的PI控制器进行改进

许多控制器的积分网络与控制器的输出是固定的内部联系。现可用外部接线加以改进，如图2所示。控制器输出接入低选器的一个输入端，控制器防饱和点的相应信号P3接入低选器的另一端。当控制器的输出还没有达到开始饱和点（P2＜P3），低选器隔断控制器输出与积分网络的联系，选中P3作为积分网络的输入，达到防积分饱和的目的。这种结构改进的关键是如何设计饱和点信号P3。

④采用PD控制器

这是较为实用的方法。采用PD控制器能减少超调，与纯比例控制器相比，还能减少系统的静差，但不能消除静差。如允许有较小静差时，则采用PD将优先于PI，即不存在积分饱和问题。

图3 串联PID控制器原理图

⑤采用串联PID控制器

当负荷和设定值可能发生变化，而超调和静差又不允许存在时，解决积分饱和的最好办法是采用串联PID控制器，它的简单原理框如图3所示。
       责任编辑：tzh