§6-2基本控制规律.ppt

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1、§6-2基本控制规律一、比例(P)控制规律具有比例控制规律的控制器，称为P控制器，如图所示。其中KP称为P控制器增益。控制规律P控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。在信号变换过程中，P控制器只改变信号的增益而不影响其相位。在串联校正中，加大控制器增益P，可以提高系统的开环增益，减小系统的稳态误差，从而提高系统的控制精度，但系统的相对稳定性下降，甚至可能造成闭环系统不稳定。因此，在系统校正设计中，很少单独使用比例控制规律。二、比例-微分(PD)控制规律具有比例-微分控制规律的控制器，称为PD控制器。其输出u(t)与输入e(t)的关系如下式所示其中：KP为比例系数，τ为微

2、分时间常数。KP与τ都是可调的参数。PD控制器中的微分控制规律，能反应输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。在串联校正时，可使系统增加一个的开环零点，使系统的相角裕度提高，因而有助于系统的动态性能的改善。te(t)tu(t)PD控制器提高系统的阻尼程度，可通过参数KP及τ来调整。需要指出，因为微分控制作用只对动态过程起作用，而对稳态过程没有影响，且对系统噪声非常敏感，所以单一的D控制器在任何情况下都不宜与被控对象串联起来单独使用。通常，微分控制规律总是与比例控制规律或比例-积分控制规律结合起来，构成组合的PD或PID控制器，应

3、用于实际的控制系统。三、积分I控制规律具有积分控制规律的控制器，称为I控制器。I控制器的输出信号u(t)与其输入信号e(t)的积分成正比，即或者说，积分控制器的输出信号u(t)的变化速率与其输入信号e(t)的成正比，即其中Ki为可调比例系数。由于I控制器的积分作用，当其输入e(t)存在时，输出相应改变，产生控制作用去调节系统。当其输入e(t)消失后，输出信号u(t)就可能是一个不为零的常量。或者说，当偏差为零时，积分调节器的输出保持不变，这就是反馈控制利用偏差来消除偏差的根本所在。在串联校正时，采用I控制器可以提高系统的型别，有利于系统稳态性能的提高。但积分控制使系统增加了

4、一个位于原点的开环极点，使信号产生90°的相角迟后，对系统的稳定性不利。因此，在控制系统的校正设计中，通常不宜采用单一的I控制器。I控制器如下图所示。C(s)+-R(s)四、比例-积分(PI)控制规律具有比例-积分控制规律的控制器，称为PI控制器。其输出信号u(t)同时成比例地反应输入信号e(t)及其积分，即其中KP为可调比例系数，Ti为可调积分时间常数.PI控制器如下图所示。t10u(t)0tPI控制器的输入与输出信号PI控制器的输入信号与输出信号的关系如下所示。在串联校正时，PI控制器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。

5、位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能；而增加的负实零点则用来提高系统的阻尼程度，缓和PI控制器极点对系统稳定性产生的不利影响。只要积分时间常数Ti足够大，PI控制器对系统稳定性的不利影响可大为减弱。在控制工程实践中，PI控制器主要用来改善控制系统的稳态性能。+-R(s)u(s)C(s)含PI控制器的I型系统方框图解：五、比例-积分-微分(PID)控制规律具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称为PID控制器。PID控制规律是一种由比例、积分及微分基本控制规律组合而成的复合控制规律。这种组合具有三种基本控制规律各自的特点，其运动方程

6、为：相应的传递函数是PID控制器如下图所示。（1）若，上式还可写成式中（2）特点：当利用PID控制器进行串联校正时，除可使系统的型别提高一级外，还提供了两个负实零点。与PI控制器相比，除了同样具有提高系统的稳态性能的优点以外，还多提供了一个负实零点，从而在提高系统动态性能方面，具有更大的优越性。因此，在工业过程控制系统中，广泛使用PID控制器。控制器各部分参数的选择，在系统现场调试中最后确定。通常，应使I部分发生在系统频率特性的低频段，以提高系统的稳态性能；而使D部分发生在系统频率特性的中频段，以改善系统的动态性能。