比例积分微分（PID）控制-Read.ppt

主要内容 常用调节规律 可编程逻辑控制器（PLC）简介 比例积分微分（PID）控制 改进的PID控制算法 调节器控制规律的选择 先进过程控制策略 常用调节规律 位式控制，即两位式逻辑开或关（ON/OFF）控制； 比例(proportional)积分(integral)微分(derivative)控制，简称PID控制； 模糊（Fuzzy）控制； 神经网络（Neural Network）控制； 专家系统等。 可编程逻辑控制器（PLC）简介 可编程逻辑控制器（programmable logic controller：PLC）是一种数字式的电子装置，早期专用于顺序逻辑和程序控制。 使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。 PLC特点 高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力； 结构紧凑； 速度快； 功能强； 灵活通用； 编程容易； 维护方便。 PLC发展 采用高性能的处理器，在保证快速完成顺序逻辑运算的前提下，普遍增加： 回路调节功能、 代数运算功能、 高速通讯网络等。 当今的PLC已成为一个集逻辑控制、调节控制、网络通讯和图形监视于一体的综合自动化系统。 常用PLC 西门子（Siemens）S7-200/300/400、S5系列； 欧姆龙（Omron）CS1、C200H、CPM系列； 三菱FX系列； GE Fanuc系列等。 比例积分微分（PID）控制 过程控制中应用最广泛的一种控制规律。 计算机控制系统中首先采用的控制算式。 实际运行经验及理论分析充分证明，这种控制规律在对相当多的工业对象（一阶、二阶）进行控制时能够得到较满意的结果。 模拟的PID算式 u：输出 Kp：比例系数 e：偏差 Ti：积分时间常数 Td：微分时间常数 比例带（度） 反映比例控制器的比例控制作用强弱的一个参数。 数值上比例度等于输入偏差变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数 比例带（度） 可以理解为使控制器的输出变化满刻度（也就是使控制阀从全关到全开或相反）时，相应所需的输入偏差变化量占仪表测量范围的百分数。 比例度δ越大，表示比例控制作用越弱。 (δ =1/Kp ）减小比例度，会使系统的稳定性和动态性能变差，但可相应地减小余差，提高静态精度。 例题 一台DDZ-Ⅲ型温度比例控制器，测温范围为200～1200℃。当温度给定值由800℃变动到850℃，其输出由12mA变化到16mA。试求该控制器的比例度及放大系数。 例题 根据比例度的定义： =20% 差分的PID算式 （位置式） ek ：第k次采样所获得的偏差信号 △ ek ：本次和上次测量值偏差的差 差分的PID算式 （增量式） 积分系数 微分系数 增量式控制算法特点 计算机只输出增量，把累计工作交给执行机构承担，误动作小； 手动切换到自动时冲击小； 算式中不需要累加运算，增量只与最近几次采样值有关。 改进的PID控制算法 积分分离的PID算法 在启动阶段或具有设定值大幅度变化的时刻，在短时间内将存在很大的偏差，运算式中的积分项取值很大； 在消除偏差过程中，必然导致系统出现较大的超调及长时间的振荡，而且会产生严重的积分饱和现象，甚至损坏设备。 积分分离的PID算法 N——逻辑判断系数 N= 0 E（k）＞M ； N= 1 E（k）≤M 。 M——预先设定的门限值。 带有死区的PID控制 只要测量值与给定值的差值在死区范围内，调节器输出无变化。 Y（k）= 0 当 调节器输出不变 Y（k）= Y（k）当 调节器输出变化 微分先行的PID算法 调节器采用PI规律，而将微分作用移到反馈回路上去； 微分作用直接对被控量进行微分，对被控量的变化速度进行运算； 在给定值变化频繁的情况下，优先选择微分先行控制方案。 选择调节器的控制规律 根据τo/To比值来选择调节器的控制规律 即当 时，选用比例或比例积分控制规律； 当 时，选用比例积分或比例积分微分控制规律； 当 时，采用单回路控制系统往往已不能满足工艺要求，应根据具体情况采用其他控制方式，如串级、前馈、采样等控制方式。 P、I、D控制规律的特点 比例控制规律（P）：能较快地克服扰动的影响，使系统稳定下来，但有余差； 比例积分控制规律（PI）：应用最广泛； 比例微分控制规律（PD）：对改善系统的动态性能指标，有显著的效果。不适用于纯滞后较大，测量信号有噪声或周期性扰动的系统； 比例积分微分控制规律（PID）：是一种理想的控制规律，但参数整定困难。 先进过程控