控制系统性能指标与PID控制律课件.ppt

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1、控制性能指标与PID控制上一讲内容回顾了解典型工业过程的动态特性类型；掌握简单被控过程的机理建模方法；掌握调节阀“气开、气关”形式.本讲基本要求广义对象的概念及动态测试的典型方法；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。讨论对于如图所示的加热炉温度控制系统，试选择控制阀的“气开-气关”形式，并指出该控制系统的“广义对象”。“广义对象”的概念“广义对象”的特点特点：（1）使控制系统的设计与分析简化；（2）广义对象的输入输出通常可测量，以便于测试其动态特性；（3）只关心某些特定的输

2、入输出变量。广义对象阶跃响应测试法典型自衡工业对象的阶跃响应对象的近似模型：对应参数见左图，而增益为：[ymin,ymax]为CV的测量范围；[umin,umax]为MV的变化范围，对于阀位开度通常用0~100%表示。广义对象动态特性分类自衡过程（Self-RegulatingProcesses）(1)无振荡的自衡过程(2)有振荡的自衡过程非自衡过程（Non-Self-RegulatingProcesses）(1)无振荡的非自衡过程(2)有振荡的非自衡过程(3)具有反向特性的非自衡过程无振荡自衡过程模型无振荡非自衡过程模型具有反向特性的非自衡过程模型工

3、业过程控制对象的特点除液位对象外的大多数被控对象本身是稳定自衡对象；对象动态特性存在不同程度的纯迟延；对象的阶跃响应通常为单调曲线，除流量对象外的被调量的变化相对缓慢；被控对象往往具有非线性、不确定性与时变等特性。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。选择方法为：（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

4、“负反馈”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值与时间乘积的积

5、分纯比例控制器控制器增益Kc或比例度δ对系统性能的影响：增益Kc的增大（或比例度δ下降），使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）；比例增益对控制性能的影响对一个二阶系统采用纯比例控制得到的结果。图中红线表示设定值，蓝线表示测量值。比例积分控制器积分时间Ti对系统性能的影响引入积分作用的根本目的是为了消除稳态余差，但使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。积分作用对控制性能的影响对一个二阶系统采用比例积分控制的结果。图中红线表示设定值，蓝线表示测量值。比例积分微分控制器微分时间Td

6、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。其中Ad为微分增益实际的微分环节：微分作用对控制性能的影响对一个二阶系统采用PID控制得到的结果。图中红线表示设定值，蓝线表示测量值。控制器增益Kc或比例度PB增益Kc的增大（或比例度PB下降），使系统的调节作用增强，但稳定性下降；积分时间Ti积分作用的增强（即Ti下降），使系统消除余差的能力加强，但控制系统的稳定性下降；微分

7、时间Td微分作用增强（即Td增大），可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，主要适合于特性滞后较大的广义对象，如温度对象等。PID参数对控制性能的影响工业PID控制器的选择*1：当工业对象具有较大的滞后时，可引入微分作用；但如果测量噪声较大，则应先对测量信号进行一阶或平均滤波。结论广义对象以及动态特性的测试方法;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。作业一液位控制系统如图所示，其中LT为液位变送器，LC为比例控制器，其控制规律为比例控制，某一

8、时刻其液位的变化过程如右图所示，请你结合系统的工作过程，分别解释一下右图中I,II,III处系