比例积分微分控制及其调节过程

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1、ProcessControl过程控制清华大学自动化系王京春第二章比例积分微分控制及其调节过程§2-1控制系统动态过程的品质指标§2-2调节器的基本特性§2-3比例控制器及其调节过程§2-4积分制器及其调节过程§2-5比例积分控制器及其调节过程§2-6比例积分微分控制§2-1控制系统动态过程的品质指标一.品质指标：1.要求：稳定，准确，快速。以稳定性为首要指标；三者相互联系，相互制约；评价系统的好坏，应根据实际情况，综合考虑三个方面2.性能指标：稳定性指标：衰减率，一般为75％～90％准确性指标：稳（静）态偏差：新的

2、稳定值与设定值的差值在干扰作用下在给定值作用下最大动态偏差：动态过程中被控量与设定值的最大差值超调量：定值扰动下，经常用它来描述动态准确性。快速性指标：过程调整时间ts以稳定值的5％或2％作一许可误差范围，从过程起点到被控量达到并保持在这一范围内所需要的时间综合指标：误差积分绝对误差积分平方误差积分时间与绝对误差乘积积分3.二阶系统的性能指标与特征参数的关系m是特征根的实部与虚部之比，被称为系统的相对稳定度，衰减率ψm阻尼比ζ0.750.2210.2150.90.3660.3440<ζ<1ζ↑→m↑→ψ↑系统趋向稳定

3、。§2-2调节器的基本特性常规控制器的组成：给定值设定机构，偏差比较机构，控制运算模块。一.调节器的正、反作用：调节器的首要任务是要构成一个负反馈系统，以维持系统的稳定。通过分析系统其它环节的正负号，正确选择调节器的正反作用，使系统成为负反馈系统工业调节器正反作用的定义正作用：测量值↑→控制作用↑反作用：测量值↑→控制作用↓测量值增大与减小的基准是设定值正反作用的选择原则广义过程为＋时，选反作用控制器广义过程为－时，选正作用控制器+-ryuym++++二.运算规律调节器以偏差e为输入，控制（操作）量为输出比例作用(Pr

4、oportionalcontrol,P)比例调节器的参数：比例放大倍数Kc比例带；积分作用(IntegralControl,I)积分调节器的参数:积分速度Ki，积分时间TiPI作用微分作用(Derivative,D)理想微分实际微分PD作用传递函数：euMATLAB中的PID控制器§2-3比例控制器及其调节过程一.比例控制器的动作规律：传递函数：比例控制器的调整参数：Kc:比例放大倍数；δ：比例带；阶跃响应曲线yu二.控制实例：浮子水位控制以原始平衡点作为设定点。例：流入量0.5t/h;流出量0.5t/h,水位高度4

5、0cm;流出量?新的水位高度？杠杆水槽液位浮子+-r=40cmyuym+++进水阀D出水阀浮子水位控制系统框图实例小结阀位与偏差一一对应：阀门位置与水位（浮子）位置一一对应。按比例动作：阀芯移动的数值与浮子上下移动的数值成比例，比值是杠杆比。比例控制是有差控制：它必然存在静态偏差。比例控制是一种有效的控制作用。三.比例带的定义：比例带是一个无量纲的纯数值其物理意义为：调节阀从全开到全关（输出作全量程范围变化时），输入（被控量）的变化占其全量程变化范围的百分数。输入输出是相对于控制器而言的例：一个温度控制系统，温度变送

6、器的量程为100－200℃，当温度变化4℃时，可使调节阀从50％到70％变化，比例带比例带＝输入/输出；比例带越大，控制作用越弱；比例带越小，控制作用越强。四.比例控制系统的调节过程换热器采用比例控制1.调节器正反作用的讨论换热器蒸汽w2D,1TC2.静特性：调节器的静特性：偏差与控制信号的对应关系过程的静特性：在流入侧温度一定，入口流量一定时，蒸汽阀门开度与出口温度的对应关系（不同负荷流量下，有不同的静态特性曲线。1AOABQ1

7、温与调节阀系统的静态工作点：系统的静态工作点应在过程与调节器的两条静态特性的交点O上。调节动作：入口流量D↓→温度↑→调节器使阀门↓→正确的控制使温度趋于↓，最终达到一个新的平衡点A。终点：新的温度高于O的温度，新的阀门位置低于O温度偏差与控制器输出或阀门位置一一对应，控制结果必然有静态偏差3.动态过程：温度控制系统动态过程分析的基本思路：能量平衡，进出热量不平衡引起温度变化，温度变化引起调节阀门动作t1t2t3t4D1D0qoqi五.比例带对系统性能指标的影响给定通道分析干扰通道分析当Kc↑（δ↓)时，引起ω↑;

8、ζ↓ψ↓稳定性变差；工作频率ω↑动作加快；e(∞)↓稳态偏差减小;对给定通道，当Kc↑（δ↓)时，引起最大动态偏差增大（前向放大倍数增大)；对干扰通道，Kc↑（δ↓)时，引起最大动态偏差减小（由于控制作用强而有效抑制干扰）§2-4积分控制器及其调节过程一.积分控制器的动作规律Ki:积分速度；Ti:积分时间；积分时间越大，积分作用越