第六章 计算机控制系统的控制规律-6.2(2014)

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1、第六章计算机控制系统的控制规律6.1传递函数与性能指标6.2PID控制6.3数字控制器6.4串级控制6.5前馈-反馈控制6.6大林算法控制器是自动控制系统中的一个很重要的组成部分。控制器将被控变量的测量值与设定值相比较，如果存在偏差，就按预先设置的不同控制规律发出控制信号，控制生产过程，使被控变量与设定值相等，控制器的输出信号随输入的偏差信号的变化而变化的规律称为控制规律。常用的控制规律有：比例（P）控制比例积分（PI）控制比例微分（PD）控制比例积分微分（PID）控制PID控制规律连续PID控制算法1.比例控制（1）比例（P

2、）控制的数学表达式u0是控制器偏差e=0时的初值增量式:传递函数：ttu0ue（2）比例作用P控制算法（1）控制器输出与偏差在一定范围内保持比例关系。比例度（2）通常用比例度δ表示控制器输出与偏差成线性关系的比例控制器输入（偏差）的范围，因此，又称为比例带。比例控制时控制系统的方框图和传递函数控制器增益对控制品质指标的影响（3）比例控制是有余差的控制，Kc越大，余差越小，最大偏差也越小，但系统的振荡也越剧烈，稳定性越差。控制器增益对控制品质指标的影响（3）比例控制是有余差的控制，Kc越大，余差越小，最大偏差也越小，但系统的振荡

3、也越剧烈，稳定性越差。非自衡对象控制器增益Kc对最大偏差的影响：最大偏差---对于二阶衰减振荡可见，随着过程增益Kc的增加，最大偏差减小，但稳定性变差。随动控制系统—单比例余差对于二阶衰减振荡随着增大Kc，余差减小，而超调量增大。超调量定值控制系统开环不稳定对象的示例比例度参考范围：压力控制系统——30%～70%流量控制系统——40%～100%液位控制系统——20%～80%温度控制系统——20%～60%适用场合：干扰较小、对象时滞较小而时间常数并不太小，控制质量要求不高，允许有余差的场合。传递函数：(2)比例积分作用u02.比

4、例积分控制(1)比例积分控制规律数学表达式ttue2.比例积分控制(3)Ti的影响0ty(t)Ti减小PI控制器（1）比例作用基础上叠加对偏差的积分输出—消除余差（2）Ti小，积分作用强，消除余差的能力强，但是，系统振荡加剧，衰减比变小；（3）Ti大，积分作用弱，消除余差的能力弱。2.5控制器的控制算法对稳定性的影响对控制系统的影响对控制系统的影响比例积分控制引入积分作用后，要保持原有的稳定裕度，必须减小比例增益Kc，同时会使其他控制指标下降。适用场合：因其能消除余差，范围较广，大多数场合都可使用。Ti常用范围：压力控制系统—

5、—0.4～3min流量控制系统——0.1～1min温度控制系统——3～10min液位控制系统——一般不加入积分作用3.比例微分控制（1）比例微分控制规律数学表达式工业上实际的微分控制规律表达式（2）比例微分作用eu(t)0ttKce03.比例微分控制理想比例微分控制3.比例微分控制实际比例微分控制或3.比例微分控制(3)微分时间Td的影响PD控制器（1）也是和比例作用配合，P、PI、PD、PID（2）微分输出与偏差变化速度成正比，——“超前”调节作用（3）Td大，微分作用大，控制系统灵敏，但稳定性变好4.比例积分微分控制从以上

6、讨论可知，比例、积分、微分3种控制规律各有其独特的作用。将3种控制规律组合在一起，就是比例积分微分（PID）控制，其数学表达式为实际PID数学表达式为比例积分微分（PID）控制器适用于被控对象负荷变化较大，容量滞后较大，干扰变化比较强，工艺不允许有余差存在，且控制质量要求较高的场合。4.比例积分微分控制5.积分饱和及其防止当某一极性的偏差持续存在时，具有积分作用的控制器的输出将不断增大或减小，直至到达控制器的极限值。防止积分饱和现象有以下3种方法。（1）对控制器的输出加以限幅，使其不超过额定的最大值或最小值。（2）限制控制器积

7、分部分的输出，使之不超过限值。（3）积分切除阀，即在控制器的输出超过某一限值时，将控制器的控制规律由比例积分自动切换成纯比例控制状态。5.积分饱和及其防止5.积分饱和及其防止5.积分饱和及其防止5.积分饱和及其防止离散PID控制算法1.离散PID控制算法（1）位置式PID控制算法（2）增量式PID控制算法（3）速度式控制算法位置算法增量算法速度算法2.离散PID控制算法的特点与连续PID控制算法相比较，离散PID控制算法具有下列特点。（1）PID3种控制参数独立的，没有控制器参数之间的关联。（2）离散PID器的参数可以在更大范

8、围的设置。2.离散PID控制算法的特点与连续PID控制算法相比较，离散PID控制算法具有下列特点。（3）离散PID控制器是采样控制，相当于引入时滞为Ts/2的环节，所以控制品质差于连续控制品质。常用控制度表示连续控制与离散控制控制品质的差异程度。控制度定义为2.离散PID控制