PID温度控制系统.pdf

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1、温度控制系统实验指导控制系统主要由控制器和控制对象两部分组成，通过一定的控制方法使系统达到所要求的控制性能。控制模式有开环控制、闭环控制和复合控制三种。所谓的开环控制是控制器与控制对象之间只有正向作用，没有反向联系，是一种单向的控制过程。如果控制器与控制对象之间既有正向作用又有反向联系，这种控制方式称为闭环控制或反馈控制。在某种情况下，为了达到较好的控制效果，往往将开环控制和闭环控制结合起来，这种控制方式称为复合控制。过程控制的基本算法很多，本实验主要采用PID控制算法。PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于

2、算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于过程控制和运动控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。随着计算机进入控制领域，不仅可以用软件实现PID控制，而且可以利用计算机的逻辑功能，使PID控制更加灵活。一）、控制过程的品质指标一个受控系统的被控过程一般是一个衰减振荡的过渡过程，该过程可用曲线描述如下：yBAB'C给定值t衡量系统控制质量的品质指标主要有：1．最大偏差偏差是指被调参数与给定值之差。对于一个衰减振荡过渡过程，其最大偏差是第一个波的峰值，见图中用A表示。最大偏差表示系统瞬时偏离给定值的最大程

3、度，若偏离越大，偏离时间越长，系统离开规定的平衡状态越远，这是不希望出现的情况，一般要对最大偏差加以限制。2．超调量超调量是振荡的第一个峰值与新稳定值之差，用B表示。超调量也可以用来表征被调参数的偏离程度。3．静差静差是过渡过程终了时的残余偏差，也就是被调参数的稳定值与给定值之间的差值，在图中用C表示。静差可正可负，被调参数越接近给定值越好，亦即静差绝对值越小越好。4．衰减比52'衰减比是前后两个峰值的比，是表示衰减程度的指标。图中衰减比为B:B，习惯上用n:1来表示。假若n只比1稍大一点，过渡过程的衰减程度很小，

4、它与等幅振荡过程接近，振荡过程过于频繁不够安全，一般不采用；如果n很大则又太接近于非振荡过程，通常也是不希望的。一般取n=4~10为宜。因为衰减比在4:1到10:1之间时，过渡过程开始阶段的变化速度比较快，被调参数在受到干扰的影响和调节作用的影响后，能比较快地达到一个峰值，然后马上下降，又较快地达到一个低峰值。5．稳定时间从干扰开始作用起至被调参数又建立新的平衡状态为止，这段时间称为稳定时间。严格地讲，被调参数完全达到新的稳定状态需要无限长的时间。实际上，由于测量仪表的灵敏度限制，当被调参数靠近稳定值时，指示值就基

5、本不再改变了。所以有必要时，在可以测量的区域内，在稳定值上下规定一个小的范围，当指示值进入这一范围而不再越出时，就认为被调参数已达到稳定值。稳定时间短，说明过渡过程进行得比较迅速，这时即使干扰频繁出现，系统也能适应，系统质量就高。6．振荡周期振荡周期是指过渡过程中两个同向波峰之间的间隔时间，其倒数称为振荡频率。在衰减比相同的条件下，振荡周期与稳定时间成正比。一般希望周期短些为好。7．振荡次数稳定时间内被调参数振荡的次数称为振荡次数。较为理想的过渡过程，振荡两次就能达到稳定状态。8．上升时间从干扰变化时间起至第一个波

6、峰时所需要的时间为振荡的上升时间。上升时间以短些为宜。二）、PID控制原理常规的PID控制系统原理框图如下图所示，系统由PID控制器和被控对象组成。PID控比例+r()t+e()t+Pc()t积分被控对象−+微分PID控制系统原理框图53制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差：e()t=r()t−c(t)将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。PID控制器各校正环节的作用如下：1.比例环节：比例调节的方程为：y=K⋅

7、e(t)（1-1）p其中，y为比例调节器的输出量，K为比例系数，e(t)为调节器的输入或偏差值。p而e(t)可表示成：e(t)=V−V(t)，0这里V为设定的目标值，V(t)为t时刻的采样值。0比例调节器的输出变化与输入偏差成比例。比例调节作用的大小除了与偏差e(t)有关外，主要取决于比例系数K的大小。K越大，比例调节作用越强，反之则越弱。但对于pp大多数系统来说，K太大时，会引起系统自激振荡。p比例调节的优点是调节及时，只要偏差e(t)一出现，就能及时产生与之成比例的调节作用。缺点是存在振荡，而且如果单纯采用比例

8、调节，那么系统一定会存在静差。这是因为比例调节的输出正比于偏差值，若偏差为零，则输出也为零，此时系统不可能达到平衡。比例系数越小，过渡过程越平稳，但静差越大。比例系数越大，则过渡过程曲线振荡越厉害，当比例系数过大时，甚至可能出现发散振荡的情况。因此，对于扰动较大，惯性也较大的系统，若采用单纯的比例调节，就难以兼顾动态和静态的特性。2.积分环节：积分调节的方程