2.控制系统性能指标与PID控制律-过程控制自动化讲解.ppt

结论 讨论仿真系统SimuLink的使用方法; 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。 思考题 对于一般的自衡过程，分析采用纯比例控制器存在稳态余差的原因； 引入积分作用可消除稳态余差的原因分析，以及为什么引入积分作用会降低闭环控制系统的稳定性？ 引入微分作用可提高控制系统的稳定性，但为什么实际工业过程中应用并不多？ 如何确定PID参数？ 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。 * 方块图的三种表示方法 * [umin, umax]为MV的变化范围，对于阀位开度通常用0~100%表示。 * 讲这个是为了复习，以便下面讲PID控制规律中的各参数对控制性能的影响。 * 控制系统成为负反馈的条件是该控制系统各开环增益之积为正. 在扰动或设定变化时，控制系统静态稳定运行条件是控制系统各环节增益之积不变；控制系统动态稳定运行条件是控制系统总开环传递函数的模基本不变。 * 作用方向与增益正负的关系。 * 单项指标固然清晰明了，但综合性指标能全面反映控制过程的品质（可以兼顾衰减比、超调量、调节时间等各方面因素）。常用的综合性能指标是偏差积分指标，它是过渡过程中偏差和时间的某些函数沿时间轴的积分。如幻灯片中的几种。 ISE：Integral of squared error。更着重于抑制过程中的大偏差。数学处理上更方便。 IAE：Integral of absolute value of error。一种常用的误差性能指标，根据这一指标设计的系统，在单位阶跃输入信号下，具有较快的过渡过程和不大的超调量。 ITAE：Integral of time multiplied by the absolute value of error。该指标实质上是把偏差积分面积用时间来加权，所以该指标对初始偏差不敏感，而对后期偏差非常敏感。缺点：阶跃响应曲线将会出现较大的最大偏差。 采用不同的积分公式意味着对过渡过程优良程度的侧重点不同。对同一广义对象，采用同一种的控制器，使用不同的性能指标，会得到不同的控制器参数。 * 从此开始对PID控制规律的讲解 PID：比例proportion、积分integral[英] [?intiɡr?l] [美] [??nt?ɡr?l, ?n?t?ɡr?l] 、微分derivative [英] [di?riv?tiv] [美] [d??r?v?t?v] * * 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。 * 让积分作用为0 * 让积分作用为0 * “仿真练习”作为课程设计的参考，不作为课程要求 * “仿真练习”作为课程设计的参考，不作为课程要求 上一讲内容的回顾 了解典型工业过程的动态特性类型； 掌握简单被控过程的机理建模方法； 掌握调节阀“气开、气关”形式与流量特性的选择原则； 掌握“广义对象”概念及其动态特性的典型测试方法。 习题 讨论 对于如图所示的加热炉温度控制系统，试 (1)指出该系统中的被控变量、操纵变量、扰动变量与控制目标; (2)画出该系统的方块图； (3)选择控制阀的“气开-气关”形式; (4)指出该控制系统的“广义对象”及物理意义。 温度控制系统方块图1 特点：各环节均用实际仪表、设备或装置来表示，被控对象用受控设备来表示，不反映操纵变量、干扰对被控变量的影响关系。 温度控制系统方块图2 特点：采用传递函数与环节名称混合表示，对象用被控过程的动态特性来表示。 温度控制系统方块图3 特点：对象用被控过程的动态特性来表示，其中除控制通道外，所有干扰对被控变量的影响只用一个输出扰动来近似。当然，各环节可以只用传递函数来表示。 广义对象的阶跃响应测试 “广义对象”的输入：u，输出为Tm。 若机理建模有难度，就可采用常用的响应测试法. 对象特性的阶跃响应测试 假设温度测量变送器的量程为200 ~ 400℃,对象特性可用以下一阶+纯滞后来表示,试确定其Kp, Tp, τ。 对象特