pid控制器——自动控制原理-理论篇第4.3节

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1、PID控制器——《自动控制原理-理论篇》第4.3节自动化工程学院自动控制原理课程组制2015年11月PID控制器的构成PIDroportionntegrationifferentiation比例积分微分PID控制器的构成PIDroportionntegrationifferentiation比例积分微分传递函数1、PID控制规律和优点PID控制器PProportion比例IIntegral积分DDerivative/Differential微分PID控制器的优点简单，易实现适应性强鲁棒性强反馈控制系统的基本构成给定值被

2、控变量干扰f控制器变送器执行器被控对象+e实测值－μP控制作用分析P控制器e0(t)Kpe0te(t)t＋－Pμe测量值x给定值r其中Kp：比例增益P控制作用分析P控制作用分析比例控制作用是控制器输出μ(t)和偏差信号e(t)成比例关系。在比例含有比例作用的控制器中Kp为比例增益；它表示比例作用的强弱，Kp越大，比例作用越强，控制器抑制偏差的动作越快。为比例带，其物理意义是在调节机构的位移改变时，被调量应有的改变量。P控制作用分析P控制作用分析P控制作用曲线分析比例系数Kp加大即比例带δ减小系统残差系统的稳定性最大

3、动态偏差衰减率振荡频率降低减少减少增加增加P控制作用分析（设定值扰动下）比例作用对控制过程的影响I控制作用分析PI控制器e(t)e0(t)Kpe02Kpe0Tit＋－PIμe被控变量测量值x被控变量给定值rt其中Ti：积分时间常数I控制作用的特点当有偏差存在时，积分输出将随时间增长（或减小）；当偏差消失时，输出能保持在某一值上。积分作用具有保持功能，故积分控制可以消除余差。积分输出信号随着时间逐渐增强，控制动作缓慢，故积分作用不单独使用。e(t)Ettμ(t)I控制作用分析I控制作用分析单纯的积分控制作用控制器输出是

4、对误差的积分（累积）其中Ti是积分时间常数，Ti越小积分作用速度越快。积分作用稳定性比P作用差积分作用控制过程比P作用缓慢采用了积分作用，最终能够消除稳态误差I控制作用分析PI控制作用曲线分析系统稳定性降低震荡加剧动态偏差增加调整时间先减少后增加积分速度增加即Ti减小I控制作用分析（设定值扰动下）积分时间常数对控制过程的影响D控制作用分析PD控制器(理想微分作用)＋－PDμe被控变量测量值x被控变量给定值re(t)e0(t)Kpe0tt其中Td：微分时间常数D控制作用分析PD控制作用(实际微分作用)＋－PDμe被控变

5、量测量值x被控变量给定值r惯性环节其中Tc:惯性时间常数e(t)e0t(t)Kpe0Kpe0(1+Td/Tc)TcteEttyD控制作用分析D控制作用的特点微分作用能超前控制。在偏差出现或变化的瞬间，微分立即产生强烈的调节作用，使偏差尽快地消除于萌芽状态之中。微分对静态偏差毫无控制能力。当偏差存在，但不变化时，微分输出为零，因此不能单独使用。必须和P或PI结合，组成PD控制或PID控制。理想微分作用持续时间太短，执行器来不及响应。一般使用实际的比例微分作用。D控制作用分析PD控制作用曲线分析Td值适当系统稳定性增加震

6、荡减弱动态偏差减少控制时间缩短D控制作用分析比例微分（PD）控制器微分作用适当PID控制作用PID控制作用(理想微分作用)e(t)e0tKpe0Kpe0Tit(t)PID控制作用PID控制作用(实际微分作用)惯性环节e(t)e0t(t)Kpe0KpTde0/TcTdtPID控制作用分析PID控制作用曲线分析PID控制作用分析PID控制作用的特点将比例、积分、微分三种控制规律结合在一起，只要三项作用的强度配合适当，既能快速调节，又能消除余差，可得到满意的控制效果。PID控制作用中，比例作用是基础控制；微分作用可以改善

7、系统的动态特性；积分作用是用于消除静差。