PID控制经典PPT课件.ppt

第4章PID控制原理4.lPID控制的特点反馈控制常规PID控制系统的原理输入：控制偏差e(t)=r(t)-y(t)输出：偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)的线性组合PID控制具有以下优点：在过程控制中，绝大部分都采用PID控制。例外的情况有两种。4.2比例调节(P调节)4.2.1比例控制的调节规律和比例带在实际应用中，由于执行器的运动（如阀门开度）有限，控制器的输出u(t)也就被限制在一定的范围之内，换句话说，在Kc较大时，偏差e(t)仅在一定的范围内与控制器的输出保持线性关系。图4-1说明了偏差与输出之间保持线性关系的范围图中偏差在-50%-50%范围变化时，如果Kc=1，则控制器输出u(t)变化在0～100%范围（对应阀门的全关到全开），并与输入e(t)之间保持线性关系。Kc>1时，制器输出u(t)与输入e(t)之间的线性关系只在-50%/Kc～50%/Kc满足。当|e(t)|超出该范围时，控制器输出具有饱和特性，保持在最小或最大值。因此，比例控制有一定的应用范围，超过该范围时，控制器输出与输入之间不成比例关系。这表明，从局部范围看，比例控制作用表示控制输出与输入之间是线性关系，但从整体范围看，两者之间是非线性关系。P调节的阶跃响应习题4.2(p98)某电动比例调节器的测量范围为100--200oC，其输出为0--10mA。当温度从140oC变化到160oC时，测得调节器的输出从3mA变化到7mA。试求出该调节器比例带。4.2.1比例控制的调节规律和比例带②δ具有重要的物理意义u代表调节阀开度的变化量，δ就代表使调节阀开度改变100%即从全关到全开时所需要的被调量的变化范围。例如，若测量仪表的量程为100℃，则δ＝50%就表示被调量需要改变50℃才能使调节阀从全关到全开。当被调量处在“比例带”以内调节阀的开度(变化)才与偏差成比例。超出这个“比例带”以外调节阀已处于全关或全开的状态，调节器的输入与输出已不再保持比例关系。4.2比例调节(P调节)4.2.2比例调节的特点4.2.2比例调节的特点这里的杠杆充当了比例调节器：液位变化e是其输入；阀杆位移△u是其输出；调节器的比例增益为：余差（或静差）是指：被调参数的新的稳定值与给定值不相等而形成的差值。余差的大小与调节器的放大系数K或比例带δ有关放大系数越小，即比例带越大，余差就越大；放大系数越大，即比例带越小，比例调节作用越强，余差就越小。比例控制是有差控制可以根据控制理论加以验。因如果广义被控对象的传递函数Gp(s)具有一阶惯性加纯迟延的形式则当控制器Gc(s)采用比例控制时系统的开环传递函数可表示为当系统的输入在幅值为A的阶跃信号激励时，其响应的稳态误差为由上式可知，该系统的稳态误差与输入的幅值成正比，与系统的开环增益成反比，它为一有限值。也就是说，只要广义被控对象的增益K与控制器的比例增益Kc乘积不为无穷大，系统的稳态误差就不会为零。4.2比例调节(P调节)4.2.3比例带对于调节过程的影响比例调节的特点：（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，而产生余差。若对象较稳定（对象的静态放大系数较小，时间常数不太大，滞后较小）则比例带可选小些，这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%4.3比例积分控制(PI控制)1.积分调节动作规律调节器的输出信号的变化速度du/dt与偏差信号e成正比，或者说调节器的输出与偏差信号的积分成正比，即：式中S。称为积分速度，可视情况取正值或负值。积分调节的阶跃响应图示的自力式气压调节阀就是一个简单的积分调节器：管道压力P是被调量，它通过针形阀R与调节阀膜头的上部空腔相通，而膜头的下部空腔则与大气相通。改变针形阀的开度可改变积分速度S02积分调节的特点，无差调节积分调节的稳定性它的稳定作用比P调节差，采用积分调节不可能得到稳定的系统。Z=P-NZ=P-N稳定作用比P调节差。根据奈氏稳定判据可知，对于非自衡的被控对象采用P调节时，只要加大比例带总可以使系统稳定(除非被控对象含有一个以上的积分环节)；如果采用I调节则不可能得到稳定的系统。积分调节的滞后性对于同一个被控对象，采用I调节时其调节过程的进行总比采用P调节时缓慢，除非积分速度无穷大，否则I调节就不可能像P调节那样及时对偏差加以响应，而是滞后于偏差的变化，它的滞后特性使其难以对干扰进行及时控制。所以一般在工业中