过程控制工程第二版课件 教学课件 作者 王树青 戴连奎 于玲 编著02 控制系统性能指标与PID控制律.ppt

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1、控制性能指标与PID控制于玲浙江大学控制系2008/03/04Outline掌握单回路控制器“正反作用”的选择原则；掌握单回路控制系统的常用性能指标；掌握PID控制律的意义及与控制性能的关系。控制器的“正反作用”选择问题问题：如何构成一个负反馈控制系统？控制器的“正反作用”选择定义：当被控变量的测量值增大时，控制器的输出也增大，则该控制器为“正作用”；否则，当测量值增大时，控制器输出反而减少，则该控制器为“反作用”。选择要点：使控制回路成为“负反馈”系统。选择方法：（1）假设检验法。先假设控制器的作用方向，再检查控制回路能否成为“负

2、反馈”系统。（2）回路判别法。先画出控制系统的方块图，并确定回路除控制器外的各环节作用方向，再确定控制器的正反作用。控制器的作用方向选择：假设检验法根据控制阀的“气开气关”的选择原则，该阀应选“气开阀”，即：u↑→Rf↑。假设温度控制器为正作用，即：Tm↑→u↑；则结论：该控制器的作用方向不能为正作用，而应为反作用.控制器的作用方向选择：回路判别法回路判别法的要点：（1）反馈回路中负增益环节（包括比较器）数为奇数；（2）对控制器而言，“正作用”是指Tm↑→u↑。控制性能指标衰减比超调量回复时间余差偏差平方值积分偏差绝对值积分偏差绝对

3、值与时间乘积的积分PID控制器比例控制器比例增益对控制性能的影响控制器增益Kc对系统性能的影响：增益Kc增大，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、余差下降）。比例积分控制器积分时间积分作用对控制性能的影响积分时间Ti对系统性能的影响引入积分作用可以消除稳态余差，但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。理想的比例积分微分控制器微分时间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

4、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一阶滞后较大的广义对象，如温度、成份等。微分作用对控制性能的影响实际的比例积分微分控制器其中Ad为微分增益SimuLink结构:结论介绍了单回路控制器“正反作用”的选择原则；描述了单回路系统的常用性能指标；通过仿真讨论了PID控制律的意义及与控制性能的关系。习题p.38,习题3-8。仿真练习构造具有初始输出的PID控制模块；对下图所示的系统，假设稳态时对象的输入为50，输出y为20。在10时刻设定值从20变为25，试对不同控制器进行仿真比较。仿真练习续采用纯比例控制器，分别在有噪

5、声和没有噪声的情况下，作出Kc值为5，15和25时y相对于设定值变化的曲线；采用Kc=2的PI控制器，Ti分别取2，1，0.5时在有噪声和没有噪声的情况下作出y相对于设定值变化的曲线；采用Kc=2，Ti=0.5的PID控制器，试改变Td和Ad的值并比较在不同取值情况下以及在不同大小的噪声干扰下y相对于设定值变化的曲线。