1、積分飽和的概念

有積分特性的控制器普遍存在積分飽和問題，就是說，這種控制器只要偏差沒有消失，其輸出就會(huì)按偏差的極性向兩個(gè)極端位置（最大或最?。┑姆较蜃兓?。這樣就會(huì)出現(xiàn)控制器或執(zhí)行器損壞，并因克服反向擾動(dòng)的速度降低而惡化系統(tǒng)的控制品質(zhì)。對(duì)于前者，無需多加說明對(duì)于后者，可用圖1來說明。當(dāng)控制器輸出達(dá)到規(guī)定的上、下限時(shí)，執(zhí)行器已處于飽和狀態(tài)，即Pout繼續(xù)增加，執(zhí)行器也不會(huì)繼續(xù)動(dòng)作。因?yàn)榭刂破髯隽颂摂M的控制動(dòng)作，故通過控制器的介質(zhì)不會(huì)改變。一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)，使控制偏差的極性變反，控制器的輸出要慢慢從深飽和區(qū)退出，直到處于信號(hào)范圍才能改變控制介質(zhì)的流量。就是說，從P1點(diǎn)退到控制系統(tǒng)開始起作用的P2點(diǎn)，要耽誤從P1點(diǎn)到P2點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，即在T1至T2的時(shí)間內(nèi)，控制系統(tǒng)不起任何作用。

　　圖1 控制器的工作區(qū)和深飽和區(qū)

2、防積分飽和的方法

①采用比例控制器

這是防積分飽和的最簡(jiǎn)單的方法，但會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生靜差。因此，該方法作為防積分飽和措施而言是很少采用的，也不值得推薦。

②采用限幅裝置

采用某種形式的限幅是防積分飽和的另一種方法。工業(yè)上應(yīng)用的氣動(dòng)控制器都配有限幅裝置。根據(jù)限幅裝置的限幅范圍，可使控制器的輸出不超越控制器所限定的輸出范圍。嚴(yán)格地說，這種輸出限幅并不是真正的防積分飽和，只是限幅裝置把送給控制閥的信號(hào)限制住而已，并不能改善克服反向擾動(dòng)的控制品質(zhì)。

　　圖2 PI控制器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

③對(duì)現(xiàn)有的PI控制器進(jìn)行改進(jìn)

許多控制器的積分網(wǎng)絡(luò)與控制器的輸出是固定的內(nèi)部聯(lián)系?，F(xiàn)可用外部接線加以改進(jìn)，如圖2所示。控制器輸出接入低選器的一個(gè)輸入端，控制器防飽和點(diǎn)的相應(yīng)信號(hào)P3接入低選器的另一端。當(dāng)控制器的輸出還沒有達(dá)到開始飽和點(diǎn)（P2＜P3），低選器隔斷控制器輸出與積分網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系，選中P3作為積分網(wǎng)絡(luò)的輸入，達(dá)到防積分飽和的目的。這種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的關(guān)鍵是如何設(shè)計(jì)飽和點(diǎn)信號(hào)P3。

④采用PD控制器

這是較為實(shí)用的方法。采用PD控制器能減少超調(diào)，與純比例控制器相比，還能減少系統(tǒng)的靜差，但不能消除靜差。如允許有較小靜差時(shí)，則采用PD將優(yōu)先于PI，即不存在積分飽和問題。

圖3 串聯(lián)PID控制器原理圖

⑤采用串聯(lián)PID控制器

當(dāng)負(fù)荷和設(shè)定值可能發(fā)生變化，而超調(diào)和靜差又不允許存在時(shí)，解決積分飽和的最好辦法是采用串聯(lián)PID控制器，它的簡(jiǎn)單原理框如圖3所示。
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