北科控制工程考研自控课件7.ppt

第七章 系统校正与 PID 控制 第七章 系统校正与PID控制 7.1 问题的提出 7.2 系统校正的几种常见古典方法 系统校正的基本概念 在研究系统校正装置时, 为了方便, 将系统中除了校正装置以外的部分, 包括被控对象及控制器的基本组成部分一起, 称为“原有部分”(亦称固有部分或不可变部分)。 因此, 控制系统的校正, 就是按给定的原有部分和性能指标, 设计校正装置。  校正中常用的性能指标包括稳态精度、 稳定裕量以及响应速度等。 (1) 稳态精度指标: 位置误差系数Kp, 速度误差系数Kv和加速度误差系 数Ka。 (2) 稳定裕量指标: 相角裕量γ, 增益裕度Kg，谐振峰值Mr，最大超调量σ, 阻尼比?。 (3) 响应速度指标: 上升时间tr，调整时间ts，剪切频率ωc , 带宽BW, 谐振频率ωr。 利用系统给定的原有部分和上述部分性能指标, 可以很容易地设计出系统的校正装置使系统满足给定要求。 7.2 系统校正的几种常见古典方法 系统校正的基本概念 校正装置接入系统的形式主要有两种: 校正装置与系统原有部分相串联, 这种校正方式称为串联校正； 从系统原有部分引出反馈信号, 与原有部分或其一部分构成局部反馈回路, 并在局部反馈回路内设置校正装置，这种校正方式称为反馈校正或并联校正。 为提高性能, 也常采用串联反馈校正。在此, 反馈控制与前馈控制并用, 所以也称为复合控制系统。  有时也采用前馈补偿（或前馈校正）。 7.2 系统校正的几种常见古典方法 系统校正的基本概念 7.2 系统校正的几种常见古典方法 系统校正方式比较 选择何种校正方式, 主要取决于系统结构的特点、 采用的元件、信号的性质、经济条件及设计者的经验等。 串联校正简单, 较易实现。 反馈校正可以改善被反馈包围的环节的特性, 抑制这些环节参数波动或非线性因素对系统性能的不良影响。 复合控制则对于既要求稳态误差小, 同时又要求暂态响应平稳快速的系统尤为适用。  综上所述, 控制系统的校正不会像系统分析那样只有单一答案, 也就是说,满足性能指标要求的校正方案不是唯一的。 PID控制——例 被控对象 PID控制器 开环特性：s1 = -7.2361, s2 = -2.7639 闭环传函： 程序：yyx_pidx.m PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。 PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类： 一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。 二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。各种调节系统中PID参数经验数据以下可参照： 温度T: P=20~60%,I=180~600s,D=3-180s 压力P: P=30~70%,I=24~180s 液位L: P=20~80%,I=60~300s 流量L: P=40~100%,I=6~60s PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。 7.4 PID控制器参数的整定方法 PID常用口诀： ?????参数整定找最佳，从小到大顺序查?????先是比例后积分，最后再把微分加?????曲线振荡很频繁，比例度盘要放大??? 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳??? 曲线偏离回复慢，积分时间往下降?????曲线波动周期长，积分时间再加长??? 曲线振荡频率快，先把微分降下来???? 动差大来波动慢。微分时间应加长???? 理想曲线两个波，前高后低4比1 ???? 一看二调多分析，调节质量不会低 控制系统的校正主要有两个目的, 一是使不稳定的系统经过校正变为稳定, 二是改善系统的动态和静态性能。 线性系统的基本控制规律有比例控制、微分控制和积分控制。应用这些基本控制规律的组合构成校正装置,附加在系统中, 可以达到校正系统特性的目的。 7.5 几种改良的PID控制器 1、 积分分离PID控制算法及仿真 2、抗积分饱和PID控制算法及仿真 3、不完全微分PID控制算法及仿真 4、微分先行PID控制算法及仿真 5、带死区的PID控制算法及仿真 在PID控制中，引入积分环节的目的主要是为了消除静差，提高控制精度。但在过程的启动、结束或大幅度增减设定值时，短时