控制系统的校正(PID)..ppt

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1、2021/7/24第六章控制系统的校正1第五章控制系统的校正自动控制理论2第五章线性系统的校正5.1基本概念5.2基本PID控制算法5.3PID参数对控制性能的影响5.4PID参数确定3设计一个自动控制系统一般经过以下三步:根据任务要求，选定控制对象；根据性能指标的要求，确定系统的控制规律，并设计出满足这个控制规律的控制器，初步选定构成控制器的元器件；将选定的控制对象和控制器组成控制系统，如果构成的系统不能满足或不能全部满足设计要求的性能指标，还必须增加合适的元件，按一定的方式连接到原系统中，使重新组合起来的系统全面满足设计要求。原系

2、统控制器控制对象校正系统原系统校正装置能使系统的控制性能满足控制要求而有目的地增添的元件称为控制系统的校正元件或称校正装置.图5－1系统综合与校正示意图5.1基本概念4必须指出，并非所有经过设计的系统都要经过综合与校正这一步骤，对于控制精度和稳定性能都要求较高的系统，往往需要引入校正装置才能使原系统的性能得到充分的改善和补偿。反之，若原系统本身结构就简单而且控制规律与性能指标要求又不高，通过调整其控制器的放大系数就能使系统满足实际要求的性能指标。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：

3、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。5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开环频域指标6系统分析与校正的差别:系统分析的任务是根据已知的系统，求出系统的性能指标和分析这些性能指标与系统参数之间的关系，分析的结果具有唯一性。系统的综合与校正的任务是根据控制系统应具备的性能指标以及原系统在性能指标上的缺陷来确定校正装置(元件)的结构、参数和连接方式。从逻辑上讲，系统的综合与校

4、正是系统分析的逆问题。同时，满足系统性能指标的校正装置的结构、参数和连接方式不是唯一的，需对系统各方面性能、成本、体积、重量以及可行性综合考虑，选出最佳方案.7校正装置的连接方式:(1)串联校正(2)反馈校正(3)前馈校正Gc(s):校正装置传递函数G(s):原系统前向通道的传递函数H(s):原系统反馈通道的传递函数8串联校正串联校正的接入位置应视校正装置本身的物理特性和原系统的结构而定。一般情况下，对于体积小、重量轻、容量小的校正装置(电器装置居多)，常加在系统信号容量不大的地方，即比较靠近输入信号的前向通道中。相反，对于体积、重量

5、、容量较大的校正装置(如无源网络、机械、液压、气动装置等)，常串接在容量较大的部位，即比较靠近输出信号的前向通道中。Gc(s)G(s)H(s)R(s)Y(s)-6－2串联校正9反馈校正反馈校正是将校正装置Gc(s)反向并接在原系统前向通道的一个或几个环节上，构成局部反馈回路。G1(s)G2(s)Gc(s)H(s)R(s)Y(s)由于反馈校正装置的输入端信号取自于原系统的输出端或原系统前向通道中某个环节的输出端，信号功率一般都比较大，因此,在校正装置中不需要设置放大电路，有利于校正装置的简化。但由于输入信号功率比较大，校正装置的容量和体

6、积相应要大一些。图6－4反馈校正10前馈校正：根据参考输入或扰动输入的大小进行，适合开环或闭环，为复合控制++--N(s)++--R(s)R(s)Y(s)Y(s)11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。12为什么在工业过程控制中大都（将近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

7、被控对象数学模型的基础上一个实用而廉价的解。PID不需要依赖于系统的传函。135.2基本PID控制算法比例(P)控制积分(I)控制比例积分(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145.2.1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：Kp为比例增益15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，控制器的比例增益越大，控制稳态误差越小。但降低系统的相对稳定性，甚至可能造成闭环系统不稳定。考虑设定值阶跃扰动

8、，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：16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——有稳态偏差且降低相对稳定性甚至使系统不稳