《过程控制与集散系统》-4-PID调节原理.ppt

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1、4PID调节原理1本章学习内容4.1PID控制概述4.2比例调节4.3积分调节4.4微分调节4.5比例积分微分调节（PID调节）4.6数字PID控制4.7PID调节器参数的工程整定4.8智能PID控制方法24.1PID控制概述PID控制是比例积分微分控制（Proportional-Integral-Differential）历史最久、生命力最强的控制方式3反馈控制给定（目标）输出（控制结果）——根据误差进行的控制4反馈控制控制器执行器被控对象测量/变送器-+目标误差输出广义对象PID5常规PID控制系统的原理输入：控制偏差e(t)=r(t

2、)-y(t)输出：偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)的线性组合式中KP——比例系数TI——积分时间常数TD——微分时间常数6PID控制的优点①原理简单，使用方便；②适应性强；③鲁棒性强；控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。④对模型依赖少。74.2.1比例调节的动作规律，比例带在P调节中，调节器的输出信号u与偏差信号e成比例，即，u=Kpe（4.3）式中Kp称为比例增益4.2比例调节（P调节）8P调节的阶跃响应P调节对偏差信号能做出及时反应，没有丝毫的滞后。输出u实际上是对其起始值的增量。因此，当偏差e为零，因而u＝0时，并不意味着

3、调节器没有输出，它只说明此时有u=u0。u0的大小是可以通过调整调节器的工作点加以改变的。u=Kpeu0u0+Kpe09比例带为表示调节器输入和输出之间的比例关系，在过程控制中习惯用比例带（比例度）δ来代替比例增益：式中emax–emin-----偏差信号范围，即仪表量程umax–umin-----调节器输出信号范围，即控制器输出的工作范围10习题4.7(p102)某电动比例调节器的测量范围为100~200oC，其输出为0~10mA。当温度从140oC变化到160oC时，测得调节器的输出从3mA变化到7mA。试求出该调节器比例带。11δ具

4、有重要的物理意义u代表调节阀开度的变化量，δ就代表使调节阀开度改变100%即从全关到全开时所需要的被调量的变化范围。例如，若测量仪表的量程为100℃则δ＝50%就表示被调量需要改变50℃才能使调节阀从全关到全开。当被调量处在“比例带”以内调节阀的开度(变化)才与偏差成比例。超出这个“比例带”以外调节阀已处于全关或全开的状态，调节器的输入与输出已不再保持比例关系。12如果采用单元组合仪表，调节器的输入和输出都是统一的标准信号，即，则有此时比例带（比例度）δ与比例增益成反比，比例带小，则较小的偏差就能激励调节器产生100%的开度变化，相应的比

5、例增益就大。134.2.2比例调节的特点，有差调节比例调节的显著特点就是有差调节。14这里的杠杆充当了比例调节器：液位变化e是其输入；阀杆位移△u是其输出；调节器的比例增益为：该比例调节器是有余差的！余差的大小与比例增益有关，Kp大，余差小。15余差（或静差）是指：被调参数的新的稳定值与给定值不相等而形成的差值。余差的大小与调节器的放大系数K或比例带δ有关放大系数越小，即比例带越大，余差就越大；放大系数越大，即比例带越小，比例调节作用越强，余差就越小。164.2.3比例带对于调节过程的影响a)δ大调节阀的动作幅度小，变化平稳，甚至无超调，

6、但余差大，调节时间也很长b)δ减小调节阀动作幅度加大，被调量来回波动，余差减小c)δ进一步减小被调量振荡加剧d)δ为临界值系统处于临界稳定状态e)δ小于临界值系统不稳定，振荡发散图4.4δ对比例调节过程的影响17比例调节的特点：（1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一对应的比例关系，即：u=Ke（2）比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。（3）比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。18若对象较稳定（对象的静态放大系数较小，时间常数不太大，滞后较小）则比例带可选小些，这样可以提高系统的灵敏度，使反

7、应速度加快一些；相反，若对象的放大系数较大，时间常数较小，滞后时间较大则比例带可选大一些，以提高系统的稳定性。比例带的一般选择原则：19比例带的选取，一般情况下，比例带的范围大致如下：压力调节：30~70%流量调节：40~100%液位调节：20~80%温度调节：20~60%204.3.1积分调节动作规律调节器的输出信号的变化速度du/dt与偏差信号e成正比，或者说调节器的输出与偏差信号的积分成正比，即：4.3积分调节（I调节)21积分调节的阶跃响应I调节器的输出不仅与偏差信号的大小有关，还与偏差存在的时间长短有关。只要偏差存在，调节器的输

8、出就会不断变化，直到偏差为零调节器的输出才稳定下来不再变化。所以积分调节作用能自动消除余差。注意I调节的输出不像P调节那样随偏差为零而变到零。22图示的自力式气压调节阀就是一个简单的积分调节器