控制器的控制规律解读.ppt

第二章 控制器 2.1 控制规律 2.2 模拟控制器 2.3 数字控制器 2.1.控制规律 控制规律的表示方法 基本控制规律 一、何为控制器的控制规律 △x = Xm – Xs 控制器的控制规律 就是控制器的输出信号随输入信号(偏差)变化的规律。 这个规律常常称为控制器的特性。 须注意： 在研究控制器特性时 1、输入是被控变量与给定值之差即偏差⊿x， 输出是输出信号的变化量△y。 2、△x＞0称正偏差 △x＜0称负偏差 3、△x＞0相应的△y＞0, 称为正作用控制器 △x＞0相应的△y＜0, 称为反作用控制器 二、控制规律的表示方法 　　1、无因次化 为了用一个统一的式子表示控制器的特性，可用相对变化量来表示控制器的输入和输出 X=△x/( xmax-xmin) Y=△y/( ymax-ymin) 2、五种表示方法 1) 微分方程表示法 用微积分的形式表示控制器特性，它常用于测定控制器参数。 2) 传递函数表示法 用拉普拉斯变换式表示控制器特性。它常用于控制器的特性分析以及控制系统的分析计算 3 ) 频率特性表示法 用幅频特性和相频特性形式表示控制器的特性，它用于控制系统的分析。 4) 图示法 用控制器的输出随时间变化曲线表示控制器特性，通常输入采用阶跃信号，这时称为阶跃响应特性。图示法比较直观，用它可进行控制器参数的测定和控制器控制规律的定性分析。 5) 离散化表示法 用离散化的形式表示控制器特性，它用于数字控制器以及各种计算机控制装置。 二、控制器的基本控制规律 (一)比例控制规律 1、定义：只具有比例控制规律的控制器为比例控制器，其输出与输入成比例关系 2、比例控制规律的参数 比例增益Kp 比例度δ δ与Kp的关系 : 3、比例控制规律的特点 快—硬碰硬 (二)比例积分控制规律 1、积分作用 定义：积分作用的输 出与偏差对时间的积 分成比例关系 积分作用的特点 能消除余差 慢慢来 积分作用一般不单独使用 3、积分作用的参数 积分时间TI ——反映积分作用的强弱 4、控制点、控制点偏差与控制精度 控制点：对于具有积分作用的控制器，当测量值等于给定值时，其输出可以稳定在任一值上 控制点偏差：具有积分作用的控制器的输出稳定不变时，测量值与给定值之间的微小偏差 5、积分增益与开环放大倍数 实际PI控制器的传递函数: 积分增益 6、积分饱和 具有积分作用的控制器在单方向偏差信号的作用下，其输出达到输出范围上限值或下限值以后，积分作用将继续进行，从而使控制器脱离正常工作状态，这种现象称为积分饱和 防止积分饱和的方法 在控制器输出达到输出范围上限值或下限值时 ，暂时去掉积分作用 (三)比例微分控制规律 1、微分控制规律： 控制器微分作用的输出与偏差变化的速度成正比 微分作用的特点： 输入偏差变化的速度越大，则微分作用的输出越大，然而对于一个固定不变的偏差，不管这个偏差有多大，微分作用的输出总是零 2、实际比例微分控制规律 3、微分作用的参数及其测定 在阶跃信号输入时，经拉氏反变换 微分增益： 　　ＫＤ在阶跃输入下，实际比例微分控制器的输出一开始（t=0）的变化量与最终（t→?）的变化量的比值 假定t=τD YD（τD）=KP（KD-1）A·e –1 =KP（KD-1）A·36.8% 4、比例微分控制规律的特点－超前 (四)比例积分微分控制规律 理想的PID作用的微分方程为 1、模拟控制器的PID运算式 偏差型PID运算形式 偏差型PID运算式 　　测量值Xm与给定值Xs相减后，得到偏差x，然后对偏差x进行比例、积分和微分的运算。 微分先行PID运算式 　　先对测量值Xm进行微分运算，再与给定值Xs相减，然后再进行比例积分运算。 在给定值不变、测量值阶跃变化时，响应特性 2、数字式PID运算式 离散化处理 ① 基本数字式PID运算式 位置型算式 输出与实际控制阀的阀位相对应 增量型算式 　　输出为两个采样周期PID输出值之差 速度型算式 　 输出是增量型算式的输出值与采样间隔时间T之比 偏差系数型算式 　是将增量型算式展开后合并同类项而得到的 ② 改进型数字式PID运算式 不完全微分算式 　微分作用采用实际微分作用 　 微分先行PID算式 微