近程控制第二章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§2-1基本概念§2-2比例调节§2-3积分调节§2-4比例积分调节§2-5比例积分微分调节§2-1基本概念控制器PID广义被控对象给定值r被调量yeu统计表明生产过程80%的控制可以用PID控制器构成单回路反馈控制系统进行控制（简单控制系统）。PID控制是比例积分微分控制的简称。是一种负反馈控制。即控制器与广义被控对象构成的系统为闭环负反馈系统。其作用是对输入偏差进行调节，从而缓解系统的不平衡，使系统输出稳定。控制器包括求偏差和PID运算1．典型的传递函数为：实际P

2、ID理想PID其中：KC：比例系数TI：积分时间TD：微分时间KD：微分增益可调参数2．PID调节的优点原理简单（适用和实现方便）适应性强（应用面宽）鲁棒性强（对过程变化不敏感）3．调节器偏差的定义按仪表制造业的规定：调节器偏差=测量值-给定值，即控制系统偏差的定义：工业调节器的基本构成-11

3、PID

4、ury-+正反4.调节器正反作用定义：正作用：e´↑（e↓）→u↑，即在控制原理图中KC为负反作用：e´↑（e↓）→u↓，即在控制原理图中KC为正PID广义被控对象给定值r被调量yeu设置正反作用开关的

5、目的：使控制系统构成闭环负反馈系统5．正反作用的判断方法(六边形法):e（r-y）↑→e´(y-r)↓PIDryeu-y↓对象K为负，控制器作用应使u↓正作用例：过热蒸汽温度控制系统§2-2比例调节比例调节规律（P）KC为比例增益，为比例带δ。δ的物理意义：使调节阀开度改变100%（即从全关到全开）所需要的被调量的变化范围。u0是偏差e=0时，的调节器输出初始值。*比例作用的线性关系只在一定范围其作用2.调节过程：Kc给定值r被调量yeu-μ100μμ0oQ0Q1θθ1θ0<12曲线1——比例调节器静

6、特性曲线2——Q0下对象静特性θTθC冷水Q蒸汽D冷凝水热水Q调节器为反作用θBAμA例：加热器出水控制系统曲线3——Q1下对象静特性3θA稳态误差ryeu-3.比例调节的特点调节作用及时。KC↑→调节动作大，调节作用增强。调节误差自衡对象：非自衡对象：5.KC变化对系统控制性能指标的影响KC↑δ↓衰减率ψ↓稳态误差ess↓超调量σ↑振荡频率ω↑KC增加ryeu-扰动1.积分调节规律（I）§2-3积分调节，TI为积分时间，S0为积分速度l1l2p自力式气压调节阀RWp>p0时，杠杆失去平衡，逆时针转动

7、，带动阀杆向下移动，关小阀门，气体较少的通过阀门，导致阀后压力下降。阀杆的移动速度与压力偏差成正比当压力逐步恢复到p=p0时，阀门停在一个新位置。改变针形阀的开度可改变积分速度S0(1/TI)的大小。2.调节过程：ryeu-3.积分调节的特点无差调节调节作用不及时,是滞后的调节TI太大TI适当TI太小TI过小浮动调节调节阀开度与当时的被调量的数值本身没有直接关系。积分作用使系统稳定性变差。TI↓→调节作用增强ryeu-4.TI变化对系统控制性能指标的影响TI↑S0↓衰减率ψ↑稳态误差ess=0超调量σ

8、↓振荡频率ω↓TI增加ryeu-D5.与P调节比较蓝线为二阶对象比例调节红线为二阶对象积分调节系统稳定性下降（加了一个位于原点的开环极点）静态：无稳态误差；动态：由于调节不及时σ较大在相同的稳定裕度下积分调节σ↑，振荡频率低，调节过程加长。静态：I调节优于P调节，动态：P调节优于I调节结论积分调节虽然可消除稳态误差，但调节缓慢，动态超调量加大，而且使系统的稳定性变差。工业上不单独使用积分调节作用。§2-4比例积分调节1.比例积分调节规律（PI）θTθC冷水Q蒸汽D冷凝水热水QPI调节2.调节过程：给定

9、值r被调量yeu-对PI调节的理解3．比例积分调节的特点无差调节（吸收了积分规律的优点）调节及时（吸收了比例规律的优点）浮动调节4.对系统控制性能指标的影响（KC不变）TI↓S0↑衰减率ψ↓稳态误差ess=0超调量σ↑振荡频率ω↑（TI不变）KC↑δ↓衰减率ψ↓稳态误差ess↓超调量σ↑振荡频率ω↑5.与P调节比较在P调节的基础上加入积分，将使系统的稳定性下降，为保持控制系统原来的衰减率，PI调节器比例带必须适当加大，6.积分饱和现象在有积分作用的调节器系统中，若用于某种原因（如阀门），被调量偏差一时

10、无法消除，然而调节器还是要试图校正这个偏差，结果经过一段时间后，调节器将进入饱和状态，这种现象称为积分饱和。这种现象将导致调节滞后，对控制系统的稳定、以及达到预期的控制目标将产生不利的影响。给定值r被调量yeu-阀门μθTθC冷水Q蒸汽D冷凝水热水Qyuμr调节滞后§2-5比例积分微分调节1.微分调节（D）1euKD0.632KDTD/KD微分调节是仅根据偏差的变化速度来产生控制信号，偏差不变则没有控制输出。因此微分调节不单独使用2.比例微分调节（PD）