过程控制系统4-1摘要.ppt

第四章 PID调节原理 PID控制概述 P、PI、PD、PID 4.1 PID控制概述 PID — Propotional-Intigrate-Differential —比例积分微分控制 一 优点： 1、原理简单，使用方便 2、适应性强，适应于化工、热工、冶金、炼油以及造纸、建材等生产部门 3、鲁棒性强。 二、PID调节器正反作用 PID控制是一种负反馈控制。 闭环控制两种控制情况： 负反馈：缓解对象出现的不平衡 正反馈：加剧被控对象的不平衡 工业过程控制中的定值控制，要求闭环控制实现的是负反馈。 PID调节器的正反作用 调节器正作用：指调节器的输出信号u随着被调量y的增大而增大 调节器反作用：指调节器的输出信号u随着被调量y的增大而减小 PID调节器的正反作用 加热器 控制器选用：反作用 冷却器 控制器选用：正作用 PID调节器正反作用的选择 根据控制系统方框图确定调节器正反作用 图中，Kc是调节器、Kv是调节阀，K是被控对象、Km是测量变送器件。 被控对象的正反作用：被控对象的正作用，当被控对象的输入（通过调节阀的物料或能量）增加时，其输出也增加，则为正作用，此时K取 “+”。反之为反作用，K取“-”。 调节阀Kv，气开式调节阀，Kv取“+”；气关式Kv取“-”。 调节器为正作用时，Kc取“-”；调节器为反作用时，Kc取“+” 原则闭合回路所有环节的增益乘积为正数 Ko=Kc*Kv*K*Km〉0 4.2 过程控制系统的动态特性 对象的动态特性是单调、不振荡 对象动态特性的延迟性和时间常数大 对象的动态特性具有纯时间滞后 被控对象的自平衡与非自平衡特性 被控对象的动态特性往往具有非线性特征 4.3 PID调节原理 一、P 比例调节 P调节中，调节器的输出信号u与偏差信号e成比例，即 u= Kc*e Kc—比例增益，确定调节器的正反作用后确定正或负 过程控制中，习惯用增益的倒数表示调节器输入与输出之间的比例关系 u= e 称为比例带， 代表调节阀开度改变100%，即从全关到全开时所需要的被调量的变化范围。 超出此“比例带”，调节器已处于全关或全开的状态。调节器暂时失控。 比例调节的特点— 有差调节 有差调节：采用比例调节，在负荷扰动下的调节过程结束后，被调量不可能与设定值绝对相等，它们之间一定有残差 水加热器的出口水温控制系统 比例调节的特点— 有差调节 比例带对调节过程的影响 比例调节的残差随比例带的加大而加大 比例带越大，开环增益越小 比例带对调节过程的影响 δ很大意味着调节阀的动作幅度很小，因此被调量的变化比较平稳，甚至可以没有超调，但残差很大，调节时间也很长。 减小δ就加大了调节阀的动作幅度， 引起被调量来回波动，但系统仍可能是稳定的，残差相应减小。δ具有一个临界值，系统处于稳定边界的情况，进一步减小δ系统就不稳定了。 δ的临界值δcr可以通过试验测定出来：如果被调对象的数学模型已知，根据控制理论计算出来。 比例调节的特点 （1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一对应的比例关系。即：u=Ke （2）比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。 （3）比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生残差。 比例带的一般选择原则 若对象较稳定（对象的静态放大系数较小，时间常数不太小，滞后较小）则比例带可选小些，这样可以提高系统的灵敏度，使反应速度加快一些； 相反，若对象的放大系数较大，时间常数较小，滞后时间较大，则应当将比例带可选大一些，以提高系统的稳定性。 比例带的选取，一般情况下，比例带的范围大致如下： 压力调节： 30~70% 流量调节： 40~100% 液位调节： 20~80% 温度调节： 20~60% 二、I积分调节 在I调节中，调节器的输出信号的变化速度 与偏差信号 e 成正比，即 So—积分速度 调节器的输出与偏差信号的积分成正比 积分调节的特点:无差调节 1.根据式子，只有当被调量偏差e为零时，I调节器的输出才会保持不变。调节器的输出可以保持在任何一个数值上。 2.I调节的另一特点，稳定作用比P调节差。 积分速度对调节过程的影响 采用积分调节时，控制系统的开环增益与积分速度S0成正比。增大积分速度将会降低控制系统的稳定程度，直到最后出现发散的振荡过程。 S0，积分速度越大，控制系统的稳定性越差 积分调节的