《计算机控制技术-计算机控制系统的控制规律

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1、《计算机控制技术》东南大学自动化学院戴先中1第3章计算机控制系统的控制规律3.1PID控制3.1.1PID控制的特点3.1.2基本PID控制规律3.1.3数字PID控制算法3.1.4数字PID控制算法的改进3.1.5数字PID控制参数的整定3.2复杂控制规律3.3数字PID控制的工程实现2计算机控制技术东南大学自动化学院上一页下一页关于计算机控制策略计算机控制系统控制策略的研究是计算机控制技术研究的核心问题，随着计算机技术、自动控制技术、信息技术的飞速发展和学科之间的交叉和融合，许多新型的控制策略不断出现。3计算机控制技术东南大学自动化学院上一页下一页3.

2、1.1PID控制的特点PID控制器（亦称为PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。其特点是原理简单、易于实现、适用面广等。PID控制经久不衰，主要有以下优点。1.不需要建立数学模型2.易被人们熟悉和掌握3.控制效果可接受4.技术成熟，并不断有新的改进4计算机控制技术东南大学自动化学院上一页下一页第3章计算机控制系统的控制规律3.1PID控制3.1.1PID控制的特点3.1.2基本PID控制规律3.1.3数字PID控制算法3.1.4数字PID控制算法的改进3.1.5数字PID控制参数的整定3.2复杂控制规律3.3数字PID控制的工程实现5计算机控制技术

3、东南大学自动化学院上一页下一页3.1.2基本PID控制规律1r+e+uyKpTs被控对象-d+1/(Ts)i测量装置连续生产过程PID控制系统框图6计算机控制技术东南大学自动化学院上一页下一页比例控制器（P控制器）比例控制器是最简单控制器，其控制规律为ut()=+Ketu()p0e(t)比例控制器0的阶跃响应u(t)07计算机控制技术东南大学自动化学院上一页下一页比例控制器（P控制器）的特点¢比例控制器对于偏差是即时反应的，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用使被控量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数。¢比例控制器虽然简单快速，但对于具有

4、自平衡性（即系统阶跃响应终值为一有限值）的被控对象存在静差。加大比例系数可以减小静差，但当过大时，会使动态性能变差，引起被控量振荡甚至导致闭环不稳定。8计算机控制技术东南大学自动化学院上一页下一页比例积分控制器（PI控制器）为了消除在比例控制中存在的静差，可在比例控制的基础上加上积分控制作用，构成比例积分控制器，其控制规律为⎡⎤1tuKet=+⎢⎥()etdt()+up∫0T0⎣⎦i其中T称为积分时间。i9计算机控制技术东南大学自动化学院上一页下一页⎡⎤1tuKet=+⎢⎥()etdt()+up∫0T0⎣⎦ie(t)0u(t)0比例积分控制器的阶跃响应10

5、计算机控制技术东南大学自动化学院上一页下一页从响应波形可以看出，PI控制器对偏差作用有两个部分：一是按比例变化的成分；另一个是带有累积的成分（即呈一定斜率变化的部分），这就是积分控制部分的作用。只要偏差存在，积分将起作用，将偏差累积对控制量产生影响，并使偏差减小，直至偏差为零，积分作用才会停止。因此，加入积分环节将有助于消除系统的静差，改善系统的稳态性能。11计算机控制技术东南大学自动化学院上一页下一页比例积分微分控制器（PID）PID控制器的控制规律为1(tdet)ut()=+Ket[()etdtT()++]upd∫0Td0ti式中Td称为微分时间。理想

6、的PID控制器在偏差变化的瞬间t=t0有一个冲击式的瞬态响应，这就是由微分环节引起的。12计算机控制技术东南大学自动化学院上一页下一页1(tdet)ut()=+Ket[()etdtT()++]upd∫0Td0tie(t)0u(t)0理想PID控制器的阶跃响应13计算机控制技术东南大学自动化学院上一页下一页微分对偏差的任何变化都产生控制作用，以调整系统的输出，阻止偏差的变化。偏差变化越快，控制量就越大，反馈校正量就越大。故微分作用的加入将有助于减少超调量，克服振荡，使系统趋于稳定。微分作用可以加快系统的动作速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。14计算

7、机控制技术东南大学自动化学院上一页下一页第3章计算机控制系统的控制规律3.1PID控制3.1.1PID控制的特点3.1.2基本PID控制规律3.1.3数字PID控制算法3.1.4数字PID控制算法的改进3.1.5数字PID控制参数的整定3.2复杂控制规律3.3数字PID控制的工程实现15计算机控制技术东南大学自动化学院上一页下一页3.1.3数字PID控制算法在工业过程控制中，模拟PID控制器有电动、气动、液动等多种类型。这类模拟调节仪表是用硬件来实现PID控制规律的。将计算机引入控制领域，可以利用计算机软件来实现PID控制算法，它不仅可以实现模拟调节仪表的

8、功能，而且可以延伸出更多的灵活的控制算法，统称为数字PID控制。强