第9次PID控制器设计2讲述.ppt

3.6 PID控制器设计 七、调节规律的选择 根据 的取值分三种情况： (1) 0.2：P或PI (2) (0.2，1)：PD或PID (3) 1：其它，串级、前馈等 调节规律 优 点 缺 点 应 用 P 灵敏、简单，只有一个整定参数； 存在静差 负荷变化不显著，工艺指标要求不高的对象。 PI 能消除静差，控制灵敏 对于滞后较大的对象，比例积分调节太慢，效果不好。 用于调节通道容量滞后较小、负荷变化不大、精度要求高的调节系统。例如，流量调节系统。 PD 增进调节系统的稳定度，可调小比例度，而加快调节过程，减小动态偏差和静差 系统对高频干扰特别敏感，系统输出易夹杂高频干扰。 用于调节通道容量滞后较大，但调节精度要求不高的对象。 PID 综合了各类调节作用的优点，所以有更高的调节质量。 对于滞后很大，负荷变化很大的对象，PID调节也无法满足要求，应设计复杂调节系统 用于调节通道容量滞后较大、负荷变化较大、精度要求高的对象。 小结 基本控制 规律及特点 PI P PD PID 控制律的选择 * 3.6 PID控制器设计 一、比例调节(P调节) δ 的物理意义：例子 某比例控制器，温度控制范围是400-800℃，其输出为4-20mA。当温度从600℃变化到700℃时，控制器的输出从8mA变化到16mA。试求设定的δ 。 3.6 PID控制器设计 一、比例调节(P调节) (5) 临界比例度： 求解方法：测试；计算 y 临界频率增益 临界振荡周期 3.6 PID控制器设计 一、比例调节(P调节) (6) 特点：抗扰强，快速，有差；Kc增大(δ 减小)，稳定性降低。 (7) 适用：控制通道滞后较小，允许被控量在一定范围内变化的系统。 以水箱液位控制为例，若是P控制器，则输出量突然变大，导致液位下降，故P环节输出增量，开大阀，使进水量变大，当进水与出水相等的时候，液位不变化了，此时P环节输出量即调节阀开度不变化了，于是液位新的平衡态达到，和原液位比就是个有静差的. 3.6 PID控制器设计 二、积分调节(I调节) I环节 e u (1) 调节规律： 积分 时间 3.6 PID控制器设计 二、积分调节(I调节) (1) 调节规律： (2) 阶跃响应： e u TI很小 TI很大 t u 3.6 PID控制器设计 二、积分调节(I调节) (3) 对调节过程的影响： 由小 ? 大， 系统由不稳定 ?稳定 y y y y 3.6 PID控制器设计 二、积分调节(I调节) 无差，稳定性降低 TI 愈小，稳定性愈差 不单独使用 (4) 特点： 积分环节的振荡频率低，控制动作缓慢，故积分作用不单独使用 积分作用具有保持功能，故积分控制可以消除余差 积分时间小会使控制输出加剧，调节阀动作相应变快，易振荡 积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。此时，积分项会保持住这个输出不变，所以说，他是无差调节。 由于积分环节具有非自衡特性，它会系统变得不稳定 P，I，D，PI，PD，PID 选择PID。 3.6 PID控制器设计 (1) 调节规律： (2) 阶跃响应： 三、微分调节(D调节) 微分 时间 e u 控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系 3.6 PID控制器设计 (3) 对调节过程的影响： 由小 ? 大， 系统由稳定 ?不稳定 三、微分调节(D调节) y y y t t t y t TD很大 TD合适 TD较小 TD太小 3.6 PID控制器设计 三、微分调节(D调节) 用于大滞后、大惯性 超前，控制速度加快 对静态偏差没有作用，不单独使用 (4) 特点： 当误差e的变化率太小时，D调节不能觉察这个变化，即u≈0 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中