过程控制-单回路PID控制、PID的参数整定、实用数字PID及相关技术

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1、本节主要内容总结PID控制的特点及对控制品质的影响总结PID控制器的参数整定方法及实例数字PID控制器的发展过程数字PID控制器的组成数字PID控制器实现中的主要问题——采样、滤波、保持等单回路控制实例——温度控制系统方块图对于单回路控制常采用PID控制，PID控制的特点：简单易理解、鲁棒性好、适应面广纯比例P控制器控制器增益Kc或比例度δ对系统性能的影响：增益Kc的增大（或比例度δ下降），使系统的调节作用增强，但稳定性下降（当系统稳定时，调节频率提高、最大偏差下降）；比例增益Kc对控制性能的影响比例积分PI控制器积分时间Ti对系统性能的影响引入积分作用的

2、根本目的是为了消除稳态余差，但使控制系统的稳定性下降。当积分作用过强时（即Ti过小），可能使控制系统不稳定。积分作用Ti对控制性能的影响理想的比例积分微分PID控制器微分时间Td对系统性能的影响微分作用的增强（即Td增大），从理论上讲使系统的超前作用增强，稳定性得到加强，但对高频噪声起放大作用。对于测量噪声较大的对象，需要引入测量信号的平滑滤波。而微分作用主要适合于特性一阶滞后较大的广义对象，如温度、成份等。微分作用Td对控制性能的影响问题：控制作用的变化过大，对噪声敏感，如何克服？实际的比例积分微分控制器其中Ad为微分增益SimuLink结构:PID控制

3、系统仿真举例仿真系统SimuLink的使用假设控制输入u(t)与干扰输入d(t)均为阶跃信号，要求显示输入对被控变量y(t)及其测量z(t)的动态响应。仿真系统SimuLink的使用熟悉与掌握系统所提供的SimuLink常用模块，如输入信号、输出显示、传递函数模块、常用数学函数等；掌握SimuLink运行数据与Matlab数据平台的联结，以及Matlab常用的作图方法；掌握子系统的封装技术（包括外观设计、参数设置、注释等）；掌握自定义模块的运行机制、设计方法与封装技术。思考题对于一般的自衡过程，分析采用纯比例控制器存在稳态余差的原因；引入积分作用可消除稳态

4、余差的原因分析，以及为什么引入积分作用会降低闭环控制系统的稳定性？引入微分作用可提高控制系统的稳定性，但为什么实际工业过程中应用并不多？如何确定PID参数？PID控制器的参数整定与应用PID参数对控制性能的影响控制器增益Kc或比例度δ增益Kc的增大（或比例度δ下降），使系统的调节作用增强，但稳定性下降；积分时间Ti积分作用的增强（即Ti下降），使系统消除余差的能力加强，但控制系统的稳定性下降；微分时间Td微分作用增强（即Td增大），可使系统的超前作用增强，稳定性得到加强，但对高频噪声起放大作用，主要适合于特性滞后较大的广义对象，如温度对象等。工业PID控

5、制器的选择*当工业对象具有较大的滞后时，可引入微分作用；但如果测量噪声较大，则应先对测量信号进行一阶或平均滤波。如果控制方案已经确定，则过程各通道的静态和动态特性就已确定，系统的控制质量就取决于控制器各个参数值的设置。PID控制器参数整定，就是确定最佳过渡过程中控制器的比例度δ、积分时间TI、微分时间TD的具体数值。所谓最佳过渡过程，就是在某种质量指标下，系统达到最佳调整状态。4：1递减比为最佳参数整定的常用依据。4:1参数整定的方法:0、概述PID控制器的参数整定对数频率特性法、根轨迹法等。(2)、工程整定法：经验凑试法、衰减曲线法、临界比例度

6、法、响应曲线法等。(1)、理论整定法：对于单元组合仪表，比例度的概念：对于比例作用大小，工业控制器常用δ表示，其义为：一、现场经验凑试法1、常用的参数经验范围：如表3-1所示2、整定步骤(1)、在纯比例作用下(TI=、TD=0)在比例度按表3-1的取值下，将系统投入运行；若曲线振荡频繁，则加大比例度；若超调量大，且趋于非周期，则减少，求得满意的4：1过渡过程曲线。(2)、引入积分作用(此时应将上述加大1.2倍)将积分时间TI由大到小进行整定；若曲线波动较大，则应增大TI；若曲线偏离给定值后长时间回不来，则需减少TI，以求得较好的过渡

7、过程曲线。(3)、若需引入微分作用1、特点:是目前工程上应用较广泛的一种控制器参数的整定方法。2、整定步骤(1)、在纯比例作用下投入(TI=,TD=0),比例度适当；平稳操作一段时间，把系统投入自动运行。将TD按经验值或按TD=(1/3～1/4)TI设置，并由小到大加入；若曲线超调量大而衰减慢，则需增大TD；若曲线振荡厉害，则应减小TD；观察曲线，再适当调节和TI，反复调试直到获得满意的过渡过程曲线。二、稳定边界法（临界比例度法）图3-12，得到图3-12所示等幅振荡过程记下临界比例度K和临界振荡周期TK值。(2)、将逐渐减小(3)、根据

8、K和TK值，采用表3-2中的经验公式，计算、TI、TD的值。用