自动化仪表与过程控制 第八讲

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1、第八讲PID及调节器e(∞)0PVt(s)PVFSV=00PVσ%τt(s)trtsPVSVF=0给定阶跃响应干扰阶跃响应Go(s)Gv(s)Gc(s)Gf(s)SVPVFeu+-广义对象G(s)t0第八讲PID及调节器一、理想PID算法（1）1、比例作用P（以为例）初始状态（原稳态）：t

2、引起振荡（调节过头，e从+变-，振荡）所以，Kc要适当，应兼顾静差和稳定性的矛盾。SVG（s）PVueeGc（s）最后平衡，达到新稳态第八讲PID及调节器一、理想PID算法（2）2、增加积分作用I①积分作用主要在于消除静差（稳态时e=0）。②积分作用降低动态品质，如调节速度变慢，稳定性变差，超调和振荡加剧。③一般要和比例作用配合组成PI调节。新稳态：e≠0ue=0PV循环e≠0进入新稳态第八讲PID及调节器一、理想PID算法（3）3、增加微分作用D表示偏差e（t）的变化率大小，也就是说在控制量U中，还考虑了预测偏差变

3、化的趋势而应该增加的控制量部分。当偏差变化较大时，增大控制量，以迅速校小偏差。①微分作用主要在于改善动态品质，如加快调节速度，同时抑制超调和振荡，提高稳定性。②不能消除静差。③一般配合组成PD或PID调节。第八讲PID及调节器一、理想PID算法（4）PID其中，Kc称为比例系数或P称为比例度、Ti为积分时间、Td为微分时间euttE00DPI4、PID第八讲PID及调节器一、理想PID算法（5）比例调节：对干扰及时有力地抑制，对给定变化有快速高效地跟随，即缩小偏差；但调节有静差。积分调节：清除静差；但动态品质会恶化，

4、包括调节时间、上升时间加长，超调加大，振荡加剧。微分调节：提高调节动态品质，即加快调节速度，减小超调和振荡；只能短时间起作用，对偏差大小无效仅对其变化有作用，且易受干扰。因此常用增加惯性环节的实际微分调节。PID调节：平衡协调P、I、D三种调节作用的强弱，使调节过程既快速敏捷又平稳准确，达到良好的动、静态品质。其中P运算承担主要调节任务，在大偏差时，迅速有力地缩小偏差；D运算是主要在调节起始阶段，改善动态品质；I运算主要是在调节结束阶段清除静差。第八讲PID及调节器二、实际PID算法（1）死区：为防止偏差在小范围时频

5、繁调节或动作振荡，引入死区τ。

6、e

7、<τ时，令e=0，切除PID，u不变。积分分离：为防止偏差较大时，控制量u因积分达到最大，因此要分离。

8、e

9、>τ时，切除积分作用，只留PD调节。实际微分：为防止微分引入高频干扰，加入惯性滤波，改造理态微分。第八讲PID及调节器（续）二、实际PID算法（2）e阶跃响应：微分部分积分部分比例部分tt00ut0EKcEKcEKcEPID第八讲PID及调节器（续）三、数字PID算法（理想PID）位置算法：增量算法：其中，ΔT为采样周期，下标n代表当前采样或控制信号，下标n-1代表前次采样或

10、控制信号第八讲PID及调节器（续）四、模拟PID调节器（1）第八讲PID及调节器（续）四、模拟PID调节器（2）输入电路（简化）+-A1RRRRRRRoRoVo1VsViVB第八讲PID及调节器（续）四、模拟PID调节器（3）PI运算电路（简化）称为积分时间。+-A2Vo1Vo2RICII2I1CM第八讲PID及调节器（续）四、模拟PID调节器（4）PD运算电路（简化）称为微分时间。Vo3Vo2+-A3V02RDCDRpIdId第八讲PID及调节器（续）四、模拟PID调节器（5）输出电路（简化）其它电路：软/硬手动操

11、作电路、手自动切换电路、测量及给定指示电路、内给定电路RfR1RfR4R3R2RLV03+-V-V+A4VfVB=10V250Ω~750Ω40kIf10k10kIB62.5Ω24VVT1VT2负载4~20mA