比例积分微分控制及其调节过程

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1、第二章比例积分微分控制及其调节过程掌握调节器的正反作用方式的确定掌握PID调节的动作规律和特点了解PID控制规律的选取原则;了解积分饱和现象及防积分饱和措施重点：22.1基本概念PID控制:比例(proportion),积分(integration),微分(differentiation)控制的简称，是一种负反馈控制.PID控制器是控制系统中技术比较成熟,而且应用最广泛的一种控制器.它的结构简单,参数容易调整,不一定需要系统确切的数学模型,因此在工业的各个领域中都有应用.PID控制器最先出现在模拟控制系

2、统中.传统的模拟PID控制器是通过硬件(电子元件,气动和液压元件)来实现它的功能.在电子电路中就可以通过将比例电路，积分电路以及微分电路进行求和得到PID控制电路．模拟PID控制系统原理图3在PID控制系统中,比例,积分,微分三个环节起着不同的作用:比例环节:对偏差瞬间作出快速反映.偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用,使控制量向减少偏差的方向变化.比例控制作用的强弱起决于比例系数.积分环节:把偏差的积累作为输出.在控制过程中,只要有偏差存在,积分环节的输出就会不断变化.直到偏差e(t)=0,输出量u(

3、t)才可能维持在某一常量，使系统在给定值r不变的条件下趋于稳态．PID控制的优点：①原理简单，使用方便②适应性强，广泛应用于各种生产部门，适用于多种控制方式③鲁棒性强，其控制品质对被控对象的特性的变化不太敏感．4微分环节：作用是阻止偏差的变化．它是根据偏差的变化趋势(变化速度)进行控制的．偏差变化得越快，微分环节的输出就越大，并能在偏差值变大之前进行修正．PID控制中三个环节分别是对偏差的现在，过去和将来进行控制．它通过以不同的比重将比例，积分和微分三个控制环节叠加起来对被控对象进行控制，以满足不同的性

4、能要求．反馈控制系统的组成：反馈控制系统是由各种结构不同的元部件组成，它包括：①给定元件：给出与期望的被控量相对应的系统输入量②比较元件：把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的输入值进行比较，求出它们之间的偏差．常用的比较元件有：差动放大器，机械差动装置，电桥电路等．5③放大元件：将比较元件给出的偏差信号进行放大，用来推动执行机构去控制被控对象．对于电压偏差信号，可用晶体管，集成电路，晶闸管等组成的电压放大级和功率放大级加以放大．④执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化，可以有阀，电动机，

5、液压马达等．⑤校正元件：也叫补偿元件，它是结构或参数便于调整的元部件，用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善系统的性能．自动化技术的核心思想就是反馈,通过反馈建立起输入(原因)和输出(结果)的联系.使控制器可以根据输入与输出的实际情况来决定控制策略,以便达到预定的系统功能.根据反馈在系统中的作用与特点不同可以分为正反馈(positivefeedback)和负反馈(passivefeedback)两种。正反馈和负反馈6负反馈：引入负反馈后使净输入量变小.它主要是通过输入,输出之间的差值作用于控制系统.这个

6、差值就反映了要求的输出和实际的输出之间的差别.控制器的控制策略是不停减小这个差值,以使差值变小.负反馈形成的系统,控制精度高,系统运行稳定.正反馈：引入正反馈后使净输入量变大．在自动控制系统中主要是用来对小的变化进行放大，从而可以使系统在一个稳定的状态下工作。而且正反馈可以与负反馈配合使用，以使系统的性能更优。但是正反馈总是起放大作用，这样就会使系统中的作用越来越剧烈，最后会使系统损坏。所以一般正反馈都与负反馈配合使用．y控制器检测单元－rym负反馈e控制器检测单元+ryym正反馈e仪表制造业中偏差：e

7、=ym-r7正作用，反作用方式：为了适应不同被控对象实现负反馈的需要，工业调节器都设置有正，反作用开关，以便根据需要将调节器置于正作用或反作用方式正作用方式：调节器的输出信号μ随着被调量y的增大而增大，调节器增益为＋:y↑u↑,增益为+反作用方式：调节器的输出信号μ随着被调量y的增大而减小，调节器增益为－:y↑u↓,增益为-Gc(s)Gp(s)reuy－调节器被控过程Gd(s)D生成过程简单控制系统方框图8设置的目的：保证控制系统成为负反馈。负反馈准则：控制系统开环总增益为正开环总增益：各组成环节的

8、增益之积环节的增益：当环节输入增加时，其输出增加则为+当环节输入增加时，其输出减小则为-9常见环节的增益的符号的确定增益K为输出输入增量之比:1)控制阀:◆气开式:K为正(常关式)◆气关式:K为负(常开式)2)被控对象:调节量↑,被调量↑,K为正调节量↑,被调量↓,K为负3)检测环节:增益一般为正10调节器正反作用方式的选择方法:1)加热过程条件：u↑μ↑Q(热气)↑y↑y↑,u↓,为反作用方式2)冷却过程条件：u↑μ↑Q(冷气)