02 控制系统性能指标及PID控制律.pptVIP

控制性能指标与PID控制 于玲 浙江大学控制系 2008/03/04 Outline 掌握单回路控制器“正反作用”的选择原则； 掌握单回路控制系统的常用性能指标； 掌握PID控制律的意义及与控制性能的关系。 控制器的“正反作用”选择问题 问题：如何构成一个负反馈控制系统？ 控制器的“正反作用”选择 定义：当被控变量的测量值增大时，控制器的输出也增大，则该控制器为“正作用”；否则，当测量值增大时，控制器输出反而减少，则该控制器为“反作用”。 选择要点：使控制回路成为“负反馈”系统。 选择方法： （1）假设检验法。先假设控制器的作用方向，再检查控制回路能否成为“负反馈”系统。 （2）回路判别法。先画出控制系统的方块图，并确定回路除控制器外的各环节作用方向，再确定控制器的正反作用。 控制器的作用方向选择：假设检验法 根据控制阀的“气开气关”的选择原则，该阀应选“气开阀”，即： u↑→ Rf↑。 假设温度控制器为正作用， 即：Tm↑→ u↑；则 结论：该控制器的作用方向不能为正作用，而应为反作用. 控制器的作用方向选择：回路判别法 回路判别法的要点： （1）反馈回路中负增益环节（包括比较器）数为奇数； （2）对控制器而言，“正作用”是指Tm↑→ u↑。 控制性能指标 衰减比 超调量 回复时间 余差 偏差平方值积分 偏差绝对值积分 偏差绝对值与时间乘积的积分 PID 控制器 比例控制器 比例增益对控制性能的影响 控制器增益 Kc对系统性能的影响： 增益 Kc 增大，系统的调节作用增强，但稳定性下降 （当系统稳定时，调节频率提高、余差下降）。 比例积分控制器 积分时间 积分作用对控制性能的影响 积分时间Ti 对系统性能的影响 引入积分作用可以消除稳态余差，但控制系统的稳定性下降。当积分作用过强时（即Ti 过小），可能使控制系统不稳定。 理想的比例积分微分控制器 微分时间Td 对系统性能的影响 微分作用的增强（即Td 增大），从理论上讲使系统的超前作用增强，稳定性得到加强，但对高频噪声起放大作用。对于测量噪声较大的对象，需要引入测量信号的平滑滤波；而微分作用主要适合于一阶滞后较大的广义对象，如温度、成份等。 微分作用对控制性能的影响 实际的比例积分微分控制器 其中Ad 为微分增益 SimuLink 结构: 结论 介绍了单回路控制器“正反作用”的选择原则； 描述了单回路系统的常用性能指标； 通过仿真讨论了PID控制律的意义及与控制性能的关系。 习题 p. 38, 习题3-8。 仿真练习 构造具有初始输出的PID控制模块； 对下图所示的系统，假设稳态时对象的输入为50，输出y为20。在10时刻设定值从20变为25，试对不同控制器进行仿真比较。 仿真练习续 采用纯比例控制器，分别在有噪声和没有噪声的情况下，作出Kc值为5，15和25时y相对于设定值变化的曲线； 采用Kc=2的PI控制器，Ti分别取2，1，0.5时在有噪声和没有噪声的情况下作出y相对于设定值变化的曲线； 采用Kc=2， Ti=0.5的PID控制器，试改变Td和Ad的值并比较在不同取值情况下以及在不同大小的噪声干扰下y相对于设定值变化的曲线。 * * 两种仿真情况： 其它参数不变，仅仅积分时间变化； 保持系统稳定不变为前提，当积分时间变化后相应调整比例度。 注意：在simulink仿真中的PID控制器中可调的积分作用为积分时间的倒数。 仿真结果参见../Simulation/PIDControl/PIControlLoop.mdl * * * * * * 两种仿真情况： 其它参数不变，仅仅积分时间变化； 保持系统稳定不变为前提，当积分时间变化后相应调整比例度。 注意：在simulink仿真中的PID控制器中可调的积分作用为积分时间的倒数。 仿真结果参见../Simulation/PIDControl/PIControlLoop.mdl * * * *