过程动态特性的数学描述及其经典测试法ZhejiangUniversity.ppt

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1、PID控制与参数整定张建明浙江大学智能系统与控制研究所讨论题反馈控制器正反作用的定义是什么？针对具体对象，如何选择控制器正反作用？如何评价一个控制系统的品质？描述P,PI与PID控制器的输入输出关系对于常见的被控过程，为什么采用P控制器会产生余差而采用PI控制器能消除余差？为什么PID控制器中的微分作用在实际过程中使用的不多？PID参数整定方法主要内容反馈控制器的正反作用过程控制系统的性能指标PID控制律的特性PID控制器选择单回路PID控制器参数整定如何构成负反馈？如何构成一个负反馈控制系统？Gc(s)：控制器；Gv(s)：调节阀；Gm(s)：测量变送Gp(s)：控制通道；Gd(s)：干扰通

2、道控制器的“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：（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“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。假设检验法举例#1蒸汽阀为气开阀，有u↑→RV↑假设控制器TC22为正作用。如果T↑,则结论：为使控制回路成为“负反馈”系统，TC22须为反作用控制器。假设检验法举例#2冷却水阀须为气关阀，因此u↑

3、→（冷却水量）Fw↓假设TC25为正作用控制器如果T↑，则结论：TC25须为反作用控制器回路分析法举例#1步骤1：画控制回路方块图步骤2：标注除控制器外的每一方块的正反作用步骤3：决定控制器的正反作用以构成负反馈回路(+)(+)(+)(—)TC22为反作用控制器广义对象（+）回路分析法举例#2(－)(+)(—)TC25为反作用控制器(－)广义对象（+）一般的反馈控制系统对于某一被控过程，最适合其特性的控制器是最好的控制器。如何评价？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分PID控制器比例控制器比例增益比例度工作点比例带的概念定义：比例带是指使控

4、制器输出CO全范围变化所对应的控制误差的比例。δ比例增益对控制性能的影响Fi(t)在10min时，从10升/min阶跃增加至11升/min为什么会存在余差？比例增益对控制性能的影响增益Kc增大，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）。积分过程？开环不稳定过程？比例积分控制器Ti被称为积分时间，单位：分钟或秒积分对控制性能的影响1Fi(t)在10min时，从10升/min阶跃增加至11升/min积分对控制性能的影响2可消除余差，为什么？积分作用使控制系统的稳定性下降积分时间Ti越短，积分作用越强，闭环系统消除余差的速度越快，但系统的稳定性越弱。PID（比例-积分

5、-微分）控制器Td为微分时间理论PID控制器工业PID控制器Ad被称为微分增益。范围为6~20，常取为10工业PID控制器的仿真实现工业PID控制器T2=Td/Ad工业PID控制器的输入输出响应讨论Td、Ad对控制器输出的响应微分对控制性能的影响Ti(t)在10min时，从50℃阶跃增加至60℃。微分对控制性能的影响PID控制器有三个可整定参数：控制器增益、积分时间与微分时间。微分作用的引入可使控制器具有超前预测作用。PID控制器主要适用于具有较长时间常数、且测量噪声较少的慢过程，例如：温度与成分控制回路。对于噪声水平较高的快速过程，例如流量与压力回路，微分作用的引入将放大噪声，因此不宜使用。

6、对于某一动态特性未知的广义被控过程，如何选择PID控制器形式，并整定PID控制器参数?单回路PID控制系统应用问题工业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。PID参数整定的概念PID工程整定法1-经验法针对被控变量类型的不同，选择不同的PID参数初始值，投运后再作调整。尽管简单，但即使对于同一类型的被控变量，如温度系统，其控制通道的动态特性差别可能很大，因而经验法属最为“粗糙”的整定法。（具体整定参数原则见p.58表3-2）工程整定法2-闭环整定法1、先切除PID控制器中的积分与微分作用，设置比例增益KC为一

7、个较小值，并投入闭环运行；2、将设定值作小幅度的阶跃变化，观察测量值的响应变化情况；3、逐步增大KC的取值，对于每个KC值重复步骤2中的过程，直至产生等幅振荡；4、设等幅振荡的振荡周期为Tu、产生等幅振荡的控制器增益为Kcu。闭环整定法由纯比例控制下的等幅振荡曲线，获得临界控制器增益Kcu与临界振荡周期Tu，并按下表得到正常工作下的控制器参数。控制规律KcTiTdP0.5KcuPI0.45Kcu0