基本调节规律及PID参数整定

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1、基本控制规律及PID参数的工程整定一、基本控制规律基本控制规律有位式控制、比例控制、积分控制、微分控制。简单控制系统如下图：控制器控制器输出控制阀对象被控变量操纵变量干扰作用测量元件或变送器x给定值测量值e－zuqfy简单控制系统图x:给定值z:测量值e:偏差偏差e（t）＝x（t）－z（t）≠0，控制器接受了偏差信号e后，就按一定的控制规律使其输出信号u发生变化，通过执行器改变操纵变量q，以抵消干扰对被控变量y的影响，从而使被控变量回到给定值上来。所谓控制器的控制规律就是控制器的输出信号随输入信号（偏差）变化的规

2、律。表达式如下:u（t）＝f（x－z）＝f（e）1.比例控制在控制系统中，阀门开度的改变量与被控量（如液位）的偏差成比例，这就是比例控制。u（t）＝a／b×e（t）e:杠杆测量端的位移，即液位变化量u:杠杆控制端的位移，即控制阀阀杆的位移量a.b:分别为杠杆支点至两端的距离。u（t）＝kp×e（t）kp是一个可调的放大倍数，改变杠杆支点，便改变了kp的大小，kp称之为比例增益，它表示比例增益的强弱，简单的比例控制系统在实际应用中，采用比例度的概念δ。ubaeo简单的比例控制系统δ比例度的意义是：输入信号的相对变化

3、量占输出信号的相对变化量的百分数。δ＝｛〔△z／zmax－zmin〕÷〔△u／umax－umin〕｝×100%＝｛〔umax－umin／zmax－zmin〕×〔△z／△u〕｝×100%＝｛〔umax－umin／zmax－zmin〕×〔e／△u〕｝×100%＝c×1/kp×100%zmax－zmin：输入的最大变化量，即仪表的量程；umax－umin：输出的最大变化量，即控制器的工作范围；由上式可知，比例度δ与放大倍数kp（比例增益）成反比关系。C是仪表常数，当输入输出是统一信号时，c=1δ＝1/kp×100%也就

4、是说，控制器的比例度δ越小，其放大倍数kp越大，比例控制的作用就越强；反之，比例度δ越大，比例控制的作用越弱。比例控制的特点是：反应快，控制及时，但存在余差。纯比例适用场合：干扰幅度小，纯滞后小，负荷变化不大，控制要求不太高的场合。yyyttyyδ等于临界值δ适当δ偏大δ太大比例度对控制过程的影响yttttδ小于临界值δ偏小2.积分控制存在余差是比例控制的缺的，当控制质量有更高要求时，就需应用比例加积分控制，以便消除余差。积分作用：是指控制器的输出与输入（偏差）对时间的积分成比例的特性。ui＝1/Ti∫e（t）d

5、（t）u（t）=kp【e（t）+1/Ti∫e（t）dt】若偏差A的干扰，代入可得：u（t）=kp（A+A×t/Ti）积分时间：在阶跃输入下，积分作用的输出变化到比例作用的输出所经历的时间。引入积分作用虽能消除余差，但会降低系统的稳定度性，所以，在引入积分作用后，应适当降低比例作用（增大比例度或降低比例增益）。yytte〔t〕Aui（t）A×t/Ti积分控制器特性yte(t)ytui=kpAt/Tiup=kpATiA比例积分控制器特性积分时间对过渡过程的影响曲线Ti太小Ti适当Ti太大Ti→∞yyyytttt3.微

6、分控制微分作用是指控制器的输出与输入变化率成比例关系。其特性可表达为：ud=Td*de/dt它是根据偏差的变化速度而引入的超前控制作用，只要偏差的变化一发生，就立即动作，故有超前控制作用之称，这是它的优点，但它的输出不能反映偏差的大小，如偏差固定，即使数值再大，微分作用也没有输出。因而控制结果不能消除余差，所以该控制器不能单独使用。它常与比例或比例积分控制器组成比例微分控制或比例积分微分控制。理想微分控制特性u（t）e（t）totott阶跃输入A的实际微分作用特性曲线输出值由最大值跌落0.632A（Kd－1）所需

7、时间为时间常数，用T=Td/Kd表示，则微分时间Td=KdT0.632A（Kd－1）0.638A（Kd－1）ATu（t）tA.Kd微分时间对过渡过程的影响曲线ytTd太大Td适当Td太小Td=0yyyttt比例微分（PD）控制器由比例和微分两种控制组合而成比例微分控制器表达式：u（t）=kp【e（t）+Td*de/dt】对于有容量滞后的对象，采用PD控制器能显著改善控制品质，减少过渡过程偏差，系统稳定性提高。引入微分作用不能消除余差，但余差会有所减少。微分作用对纯滞后的对象不起作用。比例积分微分（PID）控制器由

8、比例、积分、微分三种控制组合而成比例积分微分控制器表达式：u（t）=kp【e（t）+1/Ti∫e（t）dt+Td*de/dt】在工业生产中，常将比例、积分、微分三种作用规律结合起来，称PID控制。它可以得到较为满意的控制质量。其特点是既能快速进行控制，又能消除余差，具有较好的控制性能。阶跃输入的比例积分微分控制规律响应曲线e（t）u（t）AKpAtt二、控制器PID参数的