控制对象及建模资料.ppt

第7章 对象特性和建模 测量变送环节特性及其对过渡过程的影响 第8章 基本控制规律 基本的控制规律 一、双位控制 纯比例控制 P 比例积分控制 PI 比例微分控制 PD 四、比例积分微分控制 PID 常见对象特点及其常用调节器类型 二、比例度及其对控制过程的影响 某控制系统的方块图如右图所示，求设定值、干扰分别发生阶跃变化时的稳态变化量。 先求 Y(s) = ?? × X(s) + ?? × F(s) 令设定值发生单位阶跃变化： 则： 存在余差 令干扰发生单位阶跃变化： 则： 对被控变量有影响，产生余差。 Kp增大，余差减小。 结论：·纯比例控制系统，过渡过程结束以后必定存在余差。 ·KP越大或?越小?余差越小 KP 越大或?越小 ? 控制作用越强 ? 余差越小、最大偏差越小 KP 太大或?太小 ? 控制作用太强 ? 稳定性降低、甚至造成系统不稳定 纯比例调节系统的特点：控制及时 控制结果有余差 纯比例控制适用场合： 干扰幅度较小 纯滞后较小 负荷变化不大 控制要求不太高 一般来说，若对象滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，比例度可以选得小些，以提高系统的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程曲线的形状较好。反之，比例度就要选大些以保证稳定。 比例控制最大的优点是反应快，控制作用及时 最大的缺点是控制结果存在余差 当工艺对控制质量有更高要求，不允许控制结果存在余差时，就需要在比例控制的基础上，再加上能消除余差的积分控制作用。 比例积分控制就是由比例作用和积分作用二种控制作用组合而成 第三节 积分控制 积分作用是指调节器的输出与输入（偏差）对时间的积分成比例的特性。表达式为 ： 一、积分控制规律及其特点： 积分 u(t) e(t) z(t) + _ x(t) uI(t) e(t) A uI(t) e(t) A Ti：积分时间，因为Ti在分母底下，所以Ti越大积分作用越小。 只要有偏差存在，调节器输出会不断变化，直到偏差为0――消除余差 调节器的输出是偏差随时间的积分，当t较小时，调节器输出u(t)很小，控制作用很弱，不能及时克服干扰作用， 所以一般不单独采用积分作用，而与比例作用配合使用。 二、比例积分控制规律与积分时间： 比例积分(PI)控制由比例和积分二种控制作用组合而成 比例作用项 积分作用项 如果加入幅值为A的阶跃信号： e(t) u(t) A uI=KPAt/Ti uP=KPA Ti 积分时间的定义：在阶跃输入下，积分作用的输出变化到比例作用的输出所经历的时间。 PI调节器输入一个方波信号，幅值为＋10％调节器的初始输出为0，画出调节器输出的波形。（KP＝1，Ti＝1min） －5％ 10％ 0% 30％ 20％ 20％ 15％ 10％ 15％ u(t) min e(t) 10％ 2 4 3 1 min 注意：PI调节器可以稳定在任何一个值上 调节器的输入输出单位改为实际的mA时， 输出波形应该注意坐标单位％ ? 实际单位mA（之间的对应关系） 三、积分作用对过渡过程的影响 某控制系统的方块图如图所示，求设定值、干扰分别发生阶跃变化时的稳态变化量 先求 Y(s) = ?? × X(s) + ?? × F(s) 令设定值发生单位阶跃变化： 则： 无余差 令干扰发生单位阶跃变化： 则： 无余差 积分作用能消除余差！！！ 采用比例积分控制作用时，积分时间对过渡过程的影响具有两重性。在同样的比例度下，缩短积分时间Ti，将使积分调节作用加强，容易消除余差，这是有利的一面。但缩短积分时间，加强积分调节作用后，会使系统振荡加剧，有不易稳定的倾向。积分时间越短，振荡倾向越强烈，甚至会成为不稳定的发散振荡，这是不利的一面。 由图可以看出，积分时间过大或过小均不合适。Ti过大，积分作用不明显，余差消除很慢，见曲线3，Ti过小，过渡过程振荡太剧烈，稳定程度降低，见曲线1。 积分作用的特点：消除余差，会降低系统稳定性； 注意事项： ★引入积分作用以后，能消除余差，但系统的稳定性必然会降低，所以在使用过程中应适当降低比例作用（增大比例度或降低比例增益） ★当对象滞后很大时，可能控制时间较长、最大偏差也较大；负荷变化过于剧烈