于玲-控制科学与工程学系-浙江大学.ppt

取值 获取初始PID参数(Lambda 整定法) 控制器 Kc Ti Td P PI T PID T τ/2 注意：上述整定规则不受τ/T 取值的限制 响应曲线法举例 继电器型PID自整定器 具有继电器型非线性控制系统 问题：分析上述非线性系统产生等幅振荡的情况 ？ 继电器输入输出信号分析 周期信号的Fourier级数展开 一个以T为周期的方波函数f (t)可以展开为 假设继电器的幅值为d，则继电器输出的一次谐波为 继电器型控制回路的等幅振荡 假设： 一次谐波分量占优 对象具有低通特性 则继电器输入信号的振幅a为 系统产生振荡时满足： 再由临界比例度法自动确定PID参数. 继电器型PID自整定举例 PID控制的“积分饱和”问题 问题：当存在大的外部扰动时，很有可能出现控制阀调节能力不够的情况，即使控制阀全开或全关，仍不能消除被控输出y(t)与设定值ysp(t)之间的误差。此时，由于积分作用的存在，使调节器输出u(t)无限制地增大或减少，直至达到极限值。而当扰动恢复正常时，由于u(t)在可调范围以外，不能马上起调节作用；等待一定时间后，系统才能恢复正常。 单回路系统积分饱和仿真结果 单回路系统的防积分饱和 讨论：正常情况为标准的PI控制算法；而当出现超限时，自动切除积分作用。 可以吗？ 单回路系统的抗积分饱和举例 工业单回路PID控制器 PID1 PID2 手自动无扰动切换 实现方式： Auto (自动)状态，使手操器输出等于调节器的输出； Man(手动)状态，使调节器输出等于手操器的输出。 小结 控制器正反作用及选择 PID控制器的特性 PID控制器类型的选择和参数整定方法 单回路控制的积分饱和现象及其防止 * * 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。 * 工业PID控制算法不同于理论PID算法，为什么？ * 为什么PID控制器中的微分作用在实际过程中使用的不多？ * * * * PID控制 于玲 浙江大学控制系 2013/03/17 outline 反馈控制器的正反作用 过程控制系统的性能指标 PID控制律的特性 PID控制律的选取原则 单回路PID控制器的参数整定方法 防积分饱和与无扰动切换 如何构成负反馈？ 如何构成一个负反馈控制系统？ Gc(s)：控制器；Gv(s)：调节阀； Gm(s)：测量变送 Gp(s)：控制通道；Gd(s)：干扰通道 控制器的“正反作用”选择 定义：当被控变量的测量值增大时，控制器的输出也增大，则该控制器为“正作用”；否则，当测量值增大时，控制器输出反而减少，则该控制器为“反作用”。 选择要点：使控制回路成为“负反馈”系统。 选择方法： （1）假设检验法。先假设控制器的作用方向，再检查控制回路能否成为“负反馈”系统。 （2）回路判别法。先画出控制系统的方块图，并确定回路除控制器外的各环节作用方向，再确定控制器的正反作用。 假设检验法举例#1 考虑到控制系统在断电断气情况下的安全性，蒸汽阀应为气开阀，因此 u↑→ RV↑ 假设控制器TC 22为正作用。 如果 T↑, 则 结论：为使控制回路成为“负反馈”系统，TC22 须为反作用控制器。 假设检验法举例#2 冷却水阀须为气关阀，因此 u↑→ （冷却水量）Fw↓ 假设TC 25为正作用控制器，如果 T↑，则 结论：TC 25须为反作用控制器 回路分析法举例#1 步骤 1：画控制回路方块图 步骤 2：标注除控制器外的每一方块的正反作用 步骤 3：决定控制器的正反作用以构成负反馈回路 (+) (+) (+) (+) TC 22 为反作用控制器 回路分析法举例#2 (－) (+) (+) TC 25 为反作用控制器。为什么？ (－) 控制性能指标 衰减比 超调量 回复时间 余差 偏差平方值积分 偏差绝对值积分 偏差绝对值与时间乘积的积分 PID 控制器 比例控制器 比例增益 比例度 比例增益对控制性能的影响 增益 Kc 增大，系统的调节作用增强，但稳定性下降 （当系统稳定时，调节频率提高、余差下降）。 比例积分控制器 Ti 被称为积分时间，单位：min或second 积分作用对控制性能的影响 可消除余差，为什么？ 积分作用使控制系统的稳定性下降 积分时间Ti 越短，积分作用越强，闭环系统消除余差的速度越快，但系统的稳定性越弱。 PID（比例-积分-微分）控制器 Td 为微分时间 理论PID 控制器 工业 PID 控制器 Ad 被称为微分增益。范围为6~20，常取为10 工业PID控制器的输入输出响应 讨论Td、Ad 对控制器输出的响应 微分作用对控制性能的影响 PID 控制器