过程控制系统006.ppt

3.5 比例积分微分控制 理想PID： 实际PID： 当输入偏差为阶跃变化时，实际PID控制器的输出为： 实际比例积分微分控制器的输入输出曲线。从图中可以看到，比例作用是始终起作用的基本分量；微分作用在偏差出现的一开始有很大的输出，具有超前作用，然后逐渐消失；积分作用则在开始时作用不明显，随着时间的推移，其作用逐渐增大，起主要控制作用，直到余差消失为止。 比例积分微分（PID）控制器适用于被控对象负荷变化较大，容量滞后较大，干扰变化较强，工艺不允许有余差存在，且控制质量要求较高的场合。虽然PID控制规律综合了各种控制规律的优点，具有较好的控制性能，但这并不意味着它在任何情况下都是最合适的。只有根据被控对象的特性，合理选择比例度、积分时间和微分时间，才能获得较高的控制质量。各类生产过程常用的控制规律如下： 液位：一般要求不高，用P或PI控制规律； 流量：时间常数小，测量信息中杂有噪音，用PI或加反微分控制规律； 压力：介质为液体的时间常数小，介质为气体的时间常数中等，用P或PI控制规律； 温度：容量滞后较大，用PID控制规律。 3.6 离散比例积分微分控制 在数字式控制器和计算机控制系统中，对每一个控制回路采用的是采样控制，即对被控变量的处理在时间上是离散断续进行的（某一时刻根据测量值与设定值的偏差计算出的输出值要保持到下一采样时刻才可能发生变化）。因此，所用的控制规律应改为离散的比例积分微分（PID）控制。 3.6.1 离散PID控制算法 ① 位置式PID控制算法 ② 增量式PID控制算法 ③ 速度式PID控制算法 3.6.2 离散PID控制离算法的特点 PID三种控制作用是相互独立，没有控制器参数之间的关联。 离散PID控制器的参数可以在更大范围设置。 离散PID控制器是采样控制，相当于引入时滞为Ts/2的环节，所以控制品质差于连续PID控制。 用控制度表示连续控制与离散控制控制品质的差异程度。 控制度= 控制度总是大于1，采样周期Ts越小，控制度也越小。 采样周期Ts选择 要满足香农采样定理。实际应用中，选择采样周期Ts的原则是使控制度在1.2-1.5之间。一般Ts=(1/6-1/15)TP,通常取Ts=0.1T。 流量：采样周期为1-5s， 常用采样周期为1s。 压力：采样周期为3-10s， 常用采样周期为5s。 液位：采样周期为5-8s, 常用采样周期为5s。 温度：采样周期为10-20s，常用采样周期为15s。 成分：采样周期为15-30s，常用采样周期为20s。 3.6.3 离散PID控制算法的改进 ① 积分分离 ② 不完全微分 ③ 微分先行 过程控制系统 第六讲 过程控制系统 第六讲 过程控制系统 第六讲 过程控制系统 第六讲 过程控制系统 第六讲 过程控制系统 第六讲 过程控制系统 第六讲 过程控制系统 第六讲 过程控制系统 第六讲 过程控制系统 第六讲 过程控制系统 第六讲 过程控制系统 第六讲 过程控制系统 第六讲 第3章 控制器的控制规律 3.6 离散比例积分微分控制 3.1 双位控制 3.2 比例控制 3.3 比例积分控制 3.4 比例微分控制 3.5 比例积分微分控制 过程控制系统 第六讲 第3章 控制器的控制规律 3.3 积分控制及比例积分控制 在工业上，为了保证控制质量，许多控制系统中是不允许存在余差的，因此，必须在比例控制的基础上引入积分控制。 过程控制系统 第六讲 3.3.1 积分控制 积分控制是控制器的输出变化量与输入偏差值随时间的积分成正比的控制规律，亦即控制器的输出变化速度与输入偏差值成正比。 传递函数为： 式中 —控制器的积分速度； —控制器的积分时间（ ）。 过程控制系统 第六讲 积分控制输出信号的大小不仅与偏差信号的大小有关，而且还取决于偏差存在时间的长短。 当输入偏差存在时，控制器的输出会不断变化，而且偏差存在的时间越长，输出信号的变化量也越大。直到偏差等于零时，控制器的输出不再变化而稳定下来。 反过来说，当控制器的输出稳定下来不再变化时，输入偏差一定是零。 所以在积分控制时，余差等于零，也就是说，积分作用可以消除余差。力图消除余差是积分控制作用的重要特性。 过程控制系统 第六讲 自力式气压调节阀是一个简单的积分调节阀： 其中：管道压力P是被调量，它通过针型阀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。 其中：重锤W的重力使上部空腔产生一个恒定的压力P0。P0就是被调量的设定值，它可以通过改变杠杆比l1/l2或锤重W加以调整。 过程控制系统 第六讲 只要P不等于设定值P0，就会有气流以正向或反