简单控制系统的整定.ppt

δ对于比例调节过程的影响 δ TD TI 规律 参数 P PI PID 稳定边界法参数整定公式 图　系统的临界振荡 ψ=75% 注意: 1) 控制系统需工作在线性区． 2) 此法用于无自平衡能力对象的系统会导致衰减率ψ偏大,用于有自 平衡能力对象 的系统会导致ψ偏小,故实际应用时还须在线调整. 3) 此法不适用于本质稳定系统和不允许进入稳定边界的系统. 采用这种方法整定调节器参数时会受到一定的限制，如有些过程控制系统不允许进行反复振荡试验，像锅炉给水系统和燃烧控制系统等，就不能应用此法。再如某些时间常数较大的单容过程，采用比例调节时根本不可能出现等幅振荡，也就不能应用此法。 4) 对于传递函数已知的系统, 其临界比例带和临界振荡周期可以算出. 三 衰减曲线法 原理: 根据纯比例控制系统处于某衰减比 (如4:1或10:1) 时振荡试验所 1) 使调节器仅为比例控制,比例带δ设为较大值,TI=∞,TD=0, 让系统投入运行. 2) 待系统稳定后,作设定值阶跃扰动,并观察系统的响应.若系统响应衰减太快,则减小比例带; 反之,若系统响应衰减过慢,应增大比例带. 如此反复, 直到系统出现4:1衰减振荡过程. 记下此时的比例带δs和振荡周期Ts 3) 利用求得的δs和Ts，根据衰减曲线法整定计算公式得到δ, TI , TD 得的数据(即比例带δs和振荡周期Ts), 由经验公式求取调节器最佳参数值. 与稳定边界法类似．也是闭环整定法, 其步骤为： Ts y t Ψ=0.75 　　4:1衰减响应曲线 Tr y t Ψ=0.9 10:1衰减响应曲线 δ TD TI 　规律 参数 Ψ=0.75 P PI PID Ψ=0.9 δ TD TI 规律 参数 P PI PID 表　衰减曲线法整定计算公式 ◆反应较快的控制系统, 要确定4:1衰减曲线和读出Ts比较困难, 此时,可用记录指针来回摆动两次就达到稳定作为4:1衰减过程. 来回摆动一次的时间即为Ts. ◆ 在生产过程中, 负荷变化会影响过程特性. 当负荷变化较大时,不宜采用此法 . ◆若认为4:1衰减太慢, 宜应用10:1衰减过程. 对于10:1衰减曲线法整定调节器参数的步骤与上述完全相同, 仅仅采用计算公式有些不同. 衰减曲线法注意事项 例3.4 用动态特性参数法和稳定边界法整定调节器. 已知被控对象为二阶惯性环节，其传递函数为 测量装置和调节阀的特性为 Gc(s) Gv(s) G(s) Gm(s) R(s) — Y(s) [解] 广义对象的传递函数为 　　简单控制系统方框图 Gc(s) Gp(s) R(s) Y(s) － 进行阶跃响应测试,得到右图中曲线1,用一阶惯性加纯迟延环节来近似, 得: 曲线2即为其阶跃响应曲线。 则有：K=1, T=20, τ=2.5 利用柯恩－库恩参数整定公式，求得： 对于比例调节器: 对于比例积分调节器: 对于比例积分微分调节器: 2) 稳定边界法 1) 动态特性参数法 首先让调节器为比例调节器, 比例带从大到小改变, 直到系统呈现等幅振荡, 此时的比例带为δcr, 同时由曲线测得临界震荡周期Tcr, 然后按稳定边界法参数整定计算公式计算调节器的整定参数为： P调节器: Kc=6.3 PI调节器: Kc=5.7, TI=12.62 PID调节器: Kc=7.4, TI=7.57, TD=1.89 对于传递函数已知的被控对象, 可以直接计算出δcr和Tcr, 计算方法为: 将s=jω(m=0)代入对象的传递函数中,求出过点(-1, j0)的ω, δ. 则δcr= δ, Tcr=2π/ω 如本例: 相角条件： 得： 幅角条件: 得Kcr=12.6 δ TD TI 规律 参数 P PI PID 稳定边界法参数整定公式 δ=2*δcr?Kc=1/δ=0.5/δcr=0.5*Kcr=0.5*12.6=6.3 P调节: PI调节: Kc=Kcr/2.2=12.6/2.2=5.7 TI=0.85*Tcr=0.85*15.14=12.9 PID调节: Kc=Kcr/1.67=12.6/1.67=7.5 TI=0.5*Tcr=0.5*15.14=7.57 TD=0.125*Tcr=0.125*15.14=1.89 动态特性参数法和稳定边界法的比较 1) 动态特性法公式求得的比例增益稍大 2) 稳定边界法整定参数中积分，微分时间较大 3) 不同的整定方法按相同的衰减率整定, 得到不相同参数整定值. 四 经验法 先根据经验确定一组调节器参数, 并将系统投入闭环运行, 然后人为加入阶跃扰动(通常为调节器设定值扰动), 观察被调量或调节器输出曲线变化, 并依照调节器各参数对调节过程的影响, 改变相应的参数,一般先整定δ