第四章PID调节原理ppt课件.ppt

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1、第四章PID调节原理4.1概述PID(Propotional-Integrate-Differential)比例-积分-微分。优点：1）原理简单；2）适应性强；3）鲁棒性强。1理想PID控制器KP---比例系数；TI---积分时间常数；TD---微分时间常数。着重从PID作用系统产生的影响来分析。24.2过程控制系统的动态特性1）对象的特性是单调的，不振荡的；2）对象的迟延性和大惯性；3）对象的纯时间滞后；4）对象的自平衡与非自平衡；5）对象的非线性。34.3比例控制(P调节）4.3.1比例调节和比例带e(t)既是增量，又是实际值，比例控制器的传递函数为：41）控制输出与偏差之

2、间在一定范围保持比例关系。KP越大，保持比例关系的范围越小52）比例度表示控制输出与偏差成线性关系的比例控制器输入的范围。因此，比例度又称比例带。当u和e均无量纲时（采用计算机控制），则6比例度的物理含义：u直接代表调节阀开度的变化量，那么表示调节阀开度改变100%，即从全关到全开所需被调量的变化范围。3）控制器有正作用和反作用之分，即控制器的比例值（增益）有正有负。7当控制器的测量增加时，控制器输出增加，则控制器为正作用控制器，控制器的增益Kp为负；当控制器的测量增加时，控制器输出减小，则控制器为反作用控制器，控制器的增益Kp为正；8选择控制器正反作用的目的是保证系统为负反馈

3、，即经过调节器作用之后一定是减小偏差。例：控制水位，若调节阀装在储罐的进水口，当水位过高时，应该关小进水阀，调节器的输出变量随输入变量的增大而减小，应该用反作用。若调节阀装在储罐的出水口，当水位过高时，应该把调节阀开大，使它多处水，调节器的输出变量随输入变量的增大而增大，应该用正作用。94.3.2比例调节的特点比例动作的调节器对干扰有及时而有力的抑制作用。10假设在初始稳态（平衡工况）条件下，有当时，在外界扰动影响下，实际各变量为：存在静态误差，不能做无静差调节11考虑设定值阶跃扰动，在下，有式：在稳态条件下，即当时，设定值阶跃输入导致的稳态偏差为：以上结果也可直接从静态比例控

4、制系统结构方框图获得。由上式可以看到，控制器的直流增益越大，控制稳态误差越小。12比例控制器存在稳态偏差—自平衡对象比例控制器不存在稳态偏差—非自平衡对象13在初态，进料量等于出料量，控制器输出为，当负荷增大时，实际控制器输出为：增加的控制输出使进料量的增加量等于出料量的增加，液位达到新的稳态值。此时比例控制是有差控制。144.3.3比例带对调节过程的影响比例值Kp增大，稳态误差减小，但可能导致系统震荡加剧，甚至不稳定。当对象具有不稳定极点时，系统为条件稳定系统，比例值在一定范围内才是系统稳定。比例值的设置，首先保证在稳定的前提下，降低残差。15164.4积分调节(I)4.4.

5、1积分调节积分具有记忆功能17积分调节器：只要被调量存在偏差，其输出的调节作用便随时间不断加强，直到偏差为零。输出将停在新的位置而不复原位，保持静差为零。对干扰有及时而有力的抑制作用。动作迟缓，动态品质变坏，过渡过程时间延长，甚至造成系统不稳定。1819比例积分（PI）调节器比例积分调节器的输出与偏差的关系为式：其对应的传递函数为式20积分作用：消除稳态误差时域上看：只要有偏差，就要积分；频域上看：稳态增益为无穷大。21比例积分控制器的阶跃响应特性：定义：为“积分时间常数”，其含义是：在单位阶跃偏差输入条件下，每过一个积分时间常数时间，积分项产生一个比例作用的效果22PI控制作

6、用的过程和特点：1）当偏差出现，比例起粗调，积分起细调，直到误差为零。2）PI控制作用是比例增益随偏差的时间进程而不断调整的比例作用。3）Kp不变时，减小Ti，积分作用增强，衰减比减小，振荡加剧，超调量增大。4）积分作用除消除系统的余差外，也降低了系统的振荡频率，使响应速度变慢。23244.4.3积分饱和及防止只要有偏差，积分控制输出就不会停止。实际中会使调节器进入深度饱和状态。原因：偏差积累，调节阀完全打开或关闭，有输入而无输出。产生的结果：系统的超调量增大，控制品质变差，甚至引起危险（阀门不能及时关闭）。加热水温控制系统例2526防止积分饱和的方法：1）积分分离法；小偏差时

7、采用PI，大偏差时采用P。PI-P调节器自动切换27当开关S断开时，电路为比例积分调节器，如果Ei输入一个负的阶跃信号，则输出电压E0的变化如图中实线所示。而当E0增大到Eh以后，比较放大器Ah的输出使得开关S闭合，此时R1和RI、C1并联，R2与C2并联，若取R1=R2，则电路成为1：1的反相器，这时输出E0减小到与Ei相等的数值，如图虚线所示，则调节器变换为比例调节器,实现了的自动切换。282）积分外反馈法29当Ub(s)=U(s)时，为PI调节；当Ub(s)=0时，控制器输出与偏差成比