PID调节原理ppt课件.ppt

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1、第4章PID调节原理4—1PID基本概念PID控制是比例积分微分控制。历史最久、生命力最强的控制方式。具有以下优点: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。PID控制是一种负反馈控制。在反馈控制系统中，自动调节器和被控对象构成一个闭合回路。在连接成闭合回路时，可能出现两种情况：正反馈和负反馈.正反馈作用加剧被控对象流入量流出量的不平衡，导致控制系统不稳定.负反馈作用则缓解对象中的不平衡，正确地达到自动控制的目的。454.2生产过程的动态特性过程控制系统在运行

2、中有两种状态。稳态:系统没有受到干扰，设定值保持不变，被调量也不随时间变化，整个系统处于稳定平衡的工况。动态:当系统受到外来干扰的影响或者在改变了设定值后，原来的稳态遭到破坏，系统中各组成部分的输入输出量都相继发生变化，尤其是被调量也将偏离原稳态值而随时间变化，这时就称系统处于动态。经过一段调整时间后，如果系统是稳定的，被调量将会重新达到新设定值或其附近，系统又恢复稳定平衡工况。过渡过程:从一个稳态到达另一个稳态的历程。评价控制系统的性能指标:稳定性、准确性和快速性。实现生产过程自动化，由工艺工程师提出被

3、控对象的控制要求。控制工程师的任务则是设计出合理的控制系统以满足这些要求。工业过程动态特性的特点1对象的动态特性是不振荡的阶跃响应是单调曲线，被调量的变化比较缓慢。工业对象的幅频特性M(ω)和相频特性φ(ω)，随着频率的增高都向下倾斜.92．对象动态特性有迟延由于迟延的存在，调节阀动作的效果往往需要经过一段迟延时间后才会在被调量上表现出来。迟延的主要来源是多个容积的存在，容积愈大或数目愈多，容积迟延时间愈长。有些被控对象还具有传输迟延。3．被控对象本身是稳定的被控对象，当调节阀开度改变致使原来的物质或能量平

4、衡关系遭到破坏后，随着被调量的变化不平衡量愈来愈小，因而被调量能够自动地稳定在新的水平上。这种特性称为自平衡，具有这种特性的被控对象称为自衡过程。自平衡能力的大小用对象静态增益K的倒数衡量，称为自平衡率，自平衡率也有一些被控对象，当调节阀开度改变致使物质或能量平衡关系破坏后，不平衡量不因被调量的变化而改变，因而被调量将以固定的速度一直变化下去而不会自动地在新的水平上恢复平衡。这种对象不具有自平衡特性，称为非自衡过程。不稳定的过程是指原来的平衡一旦被破坏后，被调量在很短的时间内就发生很大的变化。13自平衡过程非自平衡过程

5、T称为过程的时间常数，τ是纯迟延时间。单纯由迟延构成的过程是很难控制的,而单容过程，自衡的单容过程则极易控制17输入、输出量用相对值表示，阀门开度以全行程的百分数表示，被调量则以相对于测量仪表全量程的百分数表示。经过一段迟延时间τ后，被调量开始以某个速度变化，这个起始速度称为响应速度，以ε表示，有(适用于自平衡过程)4．被控对象具有非线性特性换热器热量平衡方程：20以蒸汽流量为调节量，物料出口温度为被调量，列管式换热器温度对象的增益为换热器温度对象增益与其负荷成反比。中和反应器是另一个典型的变增益对象。被调

6、量为生成物的PH值，调节量为中和用的酸液摩尔数。在pH=7附近，对象增益极高，在远离此点的大范围内，其数值减小。非线性特性给控制带来极大的困难。23单容水槽的动态方程为一阶非线性微分方程，即线形化单容水槽动态方程为其中水阻为在工作点H0附近才可近似为常数。当负荷变化时水槽工作点随之改变，而负载阀在不同工作点上的水阻R不同。对象的增益和时间常数均呈现非线性。对象内部的连续非线性特性。在控制系统中还存有另一类非线性，如调节阀、继电器等元件的饱和、死区和滞环等典型的非线性特性。在过程控制工程中，把被控对象、测量变送单

7、元和调节阀三部分串联在一起统称为广义对象，因而它包含了这部分非线性特性。对于被控对象的非线性特性，如果控制精度要求不高或者负荷变化不大，则可用线性化方法进行处理。如果非线性不可忽略时，必须采用其它方法，例如分段线性的方法、非线性补偿器的方法或者利用非线性控制理论来进行系统的分析和设计。4.3比例调节(P调节)一、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kc称为比例增益当偏差e为零因而u＝0时，并不意味着调节器没有输出，它只说明此时有u＝u0.在过程控制中习惯用增益的倒数表示

8、调节器输入与输出之间的比例关系：二、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32三、比例带对于调节过程的影响比例调节的残差随着比例带的加大而加大。从这一方面考虑，希望尽量减小比例带。减小比例带就等于加大调节系统的开环增益，其后果是导致系统激烈振荡甚至不稳定。稳定性是任何闭环控制系统的首要要求，比例带的设置必须保证