《线性系统的校正》PPT课件

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1、15线性系统的校正基本概念基本PID控制算法PID参数对控制性能的影响PID参数确定基本概念控制系统包括两部分不可变部分：执行元件和测量元件一旦选定，其参数和结构就固定了。可变部分：当系统通过调节放大元件的参数仍不能满足系统性能指标时，我们要加入附加装置来改善系统性能。我们称之为校正装置校正的实质就是通过系统的零极点来改变系统性能。基本概念系统性能指标时域指标常常将时域指标转化为相应的频域指标进行校正装置的设计闭环频域指标基本概念开环频域指标校正方式串连校正反馈校正++--串联校正反馈校正基本概念前馈校正：适合开环或闭

2、环，为复合控制++--N(s)++--R(s)基本概念串联校正方式：PID比例积分微分PID控制在工业上比较常用。其工作原理可由比例(P)、积分(I)、微分(D)三环节并联直观地说明。基本概念为什么在工业过程控制中大都（90%以上）采用PID控制器？PID控制器作为工业控制中的主导控制器结构，其获得成功应用的关键在于，大多数过程可由低阶动态环节（一阶或二阶惯性加纯滞后）近似逼近，而针对此类过程,PID控制器代表了在不知道被控对象数学模型的基础上一个实用而廉价的解。基本PID控制算法比例(P)控制积分(I)控制比例积分(

3、PI)控制微分(D)控制比例微分(PD)控制比例积分微分(PID)控制基本PID控制算法小结比例(P)控制比例（P）作用：假设在初始稳态（平衡）条件下，有当时，在外界扰动影响下，实际各变量为：比例(P)控制以上结果也可直接从静态比例控制系统结构方框图获得。由上式可以看到，控制器的增益越大，控制稳态误差越小。考虑设定值阶跃扰动，在下，有式：在稳态条件下，即当时，设定值阶跃输入导致的稳态偏差为：比例(P)控制优缺点比例控制及时、快速、控制作用强，可提高系统的控制精度（即可降低系统的稳态误差）。但其具有致命的缺点——有稳态偏

4、差且降低相对稳定性甚至使系统不稳定。当扰动发生后，经过比例控制，系统虽然能达到新的稳定，但是永远回不到原来的给定值上。也就是说，新的平衡值相对于原来地平衡值有一差值。由第四章可知，比例控制使得稳定裕度减小，甚至小于0。积分(I)控制积分作用：优缺点前向通道上提高控制系统的型别，改善系统的稳态精度。积分作用在控制中会造成过调现象，乃至引起被控参数的振荡。因为u(t)的大小及方向，只决定于偏差e(t)的大小及方向，而不考虑其变化速度的大小及方向。积分作用滞后90度，对稳定性不利；且调节缓慢，不及时。定义：为“积分时间常数”

5、。比例积分(PI)控制在前向通道上，相当于系统增加了一个位于原点的极点，和一个s左半平面的零点，该零点可以抵消极点所产生的相位滞后，以缓和积分环节带来的对稳定性不利的影响。+-(t)r)11(sTKip+)(ty)(tue(t)sTeKPsP+-1t比例积分作用是比例作用和积分作用的综合比例积分(PI)控制积分控制器的阶跃响应特性：在单位阶跃偏差输入条件下，每过一个积分时间常数时间，积分项产生一个比例作用的效果。以此来测量的大小。比例积分作用主要用来改善系统的稳态性能微分(D)控制微分作用：微分作用是根据偏差变化的速度

6、大小来修正控制。可称为“超前”控制作用，能有效地改善容积滞后比较大的被控对象的控制质量。微分作用总是阻止被控参数的任何变化。适当地加入微分控制，可有效抑制振荡、提高系统的动态性能。实际中的微分控制由比例作用和近似微分作用组成。比例微分(PD)控制比例微分作用是比例作用和微分作用的综合+-(t)r)1(sTKdp+)(ty)(tue(t)sTeKPsP+-1t比例微分(PD)控制微分控制器的阶跃响应特性在斜坡输入条件下，要达到同样的u(t)，PD作用要比单纯P作用快，提前的时间就是Td。比例微分(PD)控制例：如下图所示

7、，当Td为0和不为0时系统的阶跃响应有何区别？+-(t)r)1(sTKdp+)(ty)(tue(t)sTeKPsP+-1t解：当Td为0时系统闭环传函为这是二阶无阻尼临界稳定系统。C(t)0t1其中系统响应曲线如上所示。比例微分(PD)控制由特征方程可知，当，系统的。0C(t)1t当Td不等于0时系统闭环传函为系统响应曲线如右所示。可见微分控制增加的系统的阻尼，有助于改善系统的动态性能。比例积分微分(PID)控制PID控制包含上述三种控制规律的调节器称为PID调节器它可以结合三种作用的优点（积分改善稳态性能，微分改善动

8、态性能），较好的满足生产过程自动控制的要求。根据实际情况选择其三个参数：Kp、Ti、Td基本PID控制算法小结P：PID：PI：PID参数对控制性能的影响Kp对过渡过程的影响增益Kp的增大，使系统的调节作用增强，但稳定性下降；Ti对系统性能的影响积分作用的增强（即Ti下降），使系统稳态误差减小，但稳定性下降；Td对系统性能的影响微