过程控制系统课件.ppt

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1、第四章PID调节原理PID控制概述P、PI、PD、PID4.1PID控制概述PID—Propotional-Intigrate-Differential—比例积分微分控制一优点：1、原理简单，使用方便2、适应性强，适应于化工、热工、冶金、炼油以及造纸、建材等生产部门3、鲁棒性强。二、PID调节器正反作用PID控制是一种负反馈控制。闭环控制两种控制情况：负反馈：缓解对象出现的不平衡正反馈：加剧被控对象的不平衡工业过程控制中的定值控制，要求闭环控制实现的是负反馈。PID调节器的正反作用调节器正作用：指调节器的输出信号u随着被调量y的增大而增大调节器反作用：指调节器的输出

2、信号u随着被调量y的增大而减小PID调节器的正反作用加热器控制器选用：反作用冷却器控制器选用：正作用加热器/冷却器燃料冷却剂水控制器PID调节器正反作用的选择根据控制系统方框图确定调节器正反作用图中，Kc是调节器、Kv是调节阀，K是被控对象、Km是测量变送器件。被控对象的正反作用：被控对象的正作用，当被控对象的输入（通过调节阀的物料或能量）增加时，其输出也增加，则为正作用，此时K取“+”。反之为反作用，K取“-”。调节阀Kv，气开式调节阀，Kv取“+”；气关式Kv取“-”。调节器为正作用时，Kc取“-”；调节器为反作用时，Kc取“+”原则闭合回路所有环节的增益乘积为

3、正数Ko=Kc*Kv*K*Km〉0对象的动态特性是单调、不振荡对象动态特性的延迟性和时间常数大对象的动态特性具有纯时间滞后被控对象的自平衡与非自平衡特性被控对象的动态特性往往具有非线性特征4.2过程控制系统的动态特性4.3PID调节原理一、P比例调节P调节中，调节器的输出信号u与偏差信号e成比例，即u=Kc*eKc—比例增益，确定调节器的正反作用后确定正或负过程控制中，习惯用增益的倒数表示调节器输入与输出之间的比例关系u=e称为比例带，代表调节阀开度改变100%，即从全关到全开时所需要的被调量的变化范围。超出此“比例带”，调节器已处于全关或全开的状态。调节器暂时失控

4、。比例调节的特点—有差调节有差调节：采用比例调节，在负荷扰动下的调节过程结束后，被调量不可能与设定值绝对相等，它们之间一定有残差水加热器的出口水温控制系统在这个控制系统中，热水温度θ是由传感器θT获取信号并送到调节器θC的，调节器控制加热蒸汽的调节阀开度以保持出口水温恒定，加热器的热负荷既决定于热水流量Q也决定于热水温度θ。假定现在采用比例调节器，并将调节阀开度μ直接视为调节器的输出。水温愈高，调节器应把调节阀开得愈小。比例调节的特点—有差调节直线1:表示比例调节器的静特性,即调节阀开度随水温变化的情况。水温越高，调节器应该把调节阀开得越小，在图中是左高右低的直线，

5、比例带越大，直线的斜率越大。直线2和3：在不同热水流量下的静特性，表示加热器在没有调节器控制时，在不同的热水流量下的稳态出口水温与调节阀开度之间的关系。直线1和曲线2的交点O代表热水流量Q0，这是最终要达到的稳态运行点如果热水流量减少为Q1，那么调节过程结束后，新的稳态平衡点将移到直线1和曲线3的交点A于是出现残差：θA-θ0残差随着流量变化幅度也随着比例带的加大而加大比例带对调节过程的影响比例调节的残差随比例带的加大而加大比例带越大，开环增益越小δ很大意味着调节阀的动作幅度很小，因此被调量的变化比较平稳，甚至可以没有超调，但残差很大，调节时间也很长。减小δ就加大了

6、调节阀的动作幅度，引起被调量来回波动，但系统仍可能是稳定的，残差相应减小。δ具有一个临界值，系统处于稳定边界的情况，进一步减小δ系统就不稳定了。δ的临界值δcr可以通过试验测定出来：如果被调对象的数学模型已知，根据控制理论计算出来。比例带对调节过程的影响（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，而产生残差。比例调节的特点比例带的一般选择原则若对象较稳定（对象的静态放大系数较小，时间常数不太小，滞后较小）则比例带可选小些，这

7、样可以提高系统的灵敏度，使反应速度加快一些；相反，若对象的放大系数较大，时间常数较小，滞后时间较大，则应当将比例带可选大一些，以提高系统的稳定性。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%二、I积分调节在I调节中，调节器的输出信号的变化速度与偏差信号e成正比，即So—积分速度调节器的输出与偏差信号的积分成正比积分调节的特点:无差调节1.根据式子，只有当被调量偏差e为零时，I调节器的输出才会保持不变。调节器的输出可以保持在任何一个数值上。2.I调节的另一特点，稳定作用比