自动化仪表与过程控制 第八讲.pptVIP

* * 第八讲 PID及调节器 e(∞) 0 PV t(s) PV F SV=0 0 PV σ% τ t(s) tr ts PV SV F=0 给定阶跃响应 干扰阶跃响应 Go(s) Gv(s) Gc(s) Gf (s) SV PV F e u + - 广义对象G(s) t0 第八讲 PID及调节器 一、理想PID算法（1） 1、比例作用P （以 为例 ） 初始状态（原稳态）：t t0 , e = 0 , SV = PV = 0 ,u = 0 动态调节过程：t = t0 时，SV 阶跃，SV = 最终平衡（新稳态）： ① 比例调节有静差，e（∞）≠ 0 。 ② Kc越大，静差越小（Kc ， ） Kc越大，上升时间缩短，响应速度加快，（Kc 　　 ＰV 快 ） 但稳定性变差，容易引起振荡（调节过头，e从 + 变 - ，振荡） 所以，Kc要适当，应兼顾静差和稳定性的矛盾。 SV G（s） PV u e e Gc（s） 最后平衡，达到新稳态 第八讲 PID及调节器 一、理想PID算法（2） 2、增加积分作用I ① 积分作用主要在于消除静差（稳态时e = 0 ）。 ② 积分作用降低动态品质，如调节速度变慢，稳定性变差，超调和振荡加剧。 ③ 一般要和比例作用配合组成 PI 调节。 新稳态： e ≠ 0 u e = 0 PV 循环 e ≠ 0 进入新稳态 第八讲 PID及调节器 一、理想PID算法（3） 3、增加微分作用D 表示偏差e（t）的变化率大小，也就是说在控制量U 中，还考虑了预测偏差变化的趋势而应该增加的控制量部分。当偏差变化较大时，增大控制量，以迅速校小偏差。 ① 微分作用主要在于改善动态品质，如加快调节速度，同时抑制超调和 振荡，提高稳定性。 ② 不能消除静差。 ③ 一般配合组成 PD 或 PID 调节。 第八讲 PID及调节器 一、理想PID算法（4） P I D 其中，Kc称为比例系数或P称为比例度、Ti为积分时间、Td为微分时间 e u t t E 0 0 D P I 4、PID 第八讲 PID及调节器 一、理想PID算法（5） 比例调节：对干扰及时有力地抑制，对给定变化有快速高效地跟随，即缩小偏差；但调节有静差。 积分调节：清除静差；但动态品质会恶化，包括调节时间、上升时间加长，超 调加大，振荡加剧。 微分调节：提高调节动态品质，即加快调节速度，减小超调和振荡； 只能短时间起作用，对偏差 大小无效仅对其变化有作用，且易受干扰。因此常用增加惯性环节的实际微分调节。 PID调节：平衡协调P、I、D三种调节作用的强弱，使调节过程既快速敏捷又平稳准 确，达到良好 的动、静态品质。其中P运算承担主要调节任务，在大偏差 时，迅速有力地缩小偏差； D运算是主要在调节起始阶段，改善动态品质； I运算主要是在调节结束阶段清除静差。 第八讲 PID及调节器 二、实际PID算法（1） 死区：为防止偏差在小范围时频繁调节或动作振荡，引入死区τ。 | e | τ 时，令e = 0，切除PID，u不变。 积分分离：为防止偏差较大时，控制量u 因积分达到最大，因此要分离。 | e | τ 时，切除积分作用，只留PD调节。 实际微分：为防止微分引入高频干扰，加入惯性滤波，改造理态微分。 第八讲 PID及调节器（续） 二、实际PID算法（2） e 阶跃响应： 微分部分 积分部分 比例部分 t t 0 0 u t0 E KcE KcE KcE PID 第八讲 PID及调节器（续） 三、数字PID算法（理想PID） 位置算法： 增量算法： 其中，ΔT为采样周期，下标n代表当前采样或控制信号，下标n-1代表前次采样或控制信号 第八讲 PID及调节器（续） 四、模拟PID调节器（1）