过程控制第四节.ppt

上海大学硕士学位论文答辩 过程控制 主讲：孙鑫 Email:xsun@staff.shu.edu.cn 调节器的作用 把测量值和给定值进行比较，得出偏差后，根据一定的调节规律产生输出信号，推动执行器，对生产过程进行自动调节。 第二章 调节器 2．1?????调节器的调节规律 2．2?????PID运算电路 2．3?????PID调节器的阶跃响应和频率特性 2．4?????数字控制算法 2．5?????单回路可编程序控制器 第一节　调节器的调节规律 调节器分类： 第一节　调节器的调节规律 第一节　调节器的调节规律 (1) 调节规律 (P) (1) 调节规律 (P) 比例（P）作用： 比例控制算法 比例控制器 比例控制器存在稳态偏差 (2)调节规律 (I) (3)调节规律 (PI) (3)调节规律 (PI) 积分作用：消除稳态误差 (3)调节规律 (PI) 比例积分控制器的阶跃响应特性： (4)调节规律 (D) (5)调节规律 (PD) 比例微分作用： (5)调节规律 (PD) 比例微分控制器的阶跃响应特性 (6)调节规律 (PID) 基本PID控制算法小结 PID控制算法的局限性 工业中的难控过程或对象: (7)PID 调节规律的MATLAB演示 对象传递函数 控制目标： Fast rise time Minimum overshoot No steady-state error 开环 Open-loop step response 比例控制 Proportional control 闭环传递函数 P 闭环响应 Kp=100; num=[Kp]; den=[1 10 20+Kp]; t=0:0.01:2; step(num,den,t) Proportional-Derivative control PD 闭环响应 Proportional-Integral control PI 闭环响应 Kp=30; Ki=70; num=[Kp Ki]; den=[1 10 20+Kp Ki]; t=0:0.01:2; step(num,den,t) Proportional-Integral-Derivative control Kp=350; Ki=300; Kd=5500; num=[Kd Kp Ki]; den=[1 10+Kd 20+Kp Ki]; t=0:0.01:2; step(num,den,t) General tips Obtain an open-loop response and determine what needs to be improved Add a proportional control to improve the rise time Add a derivative control to improve the overshoot Add an integral control to eliminate the steady-state error Adjust each of Kp, Ki, and Kd until you obtain a desired overall response. P、I、D 调节规律 思考题： 由于放大器的开环增益为有限值，所以调节器的输出不可能无限增大 当比例积分调节器输出达到最大值，而偏差仍不为零时 会出现什么现象？ (1) 比例积分运算电路 (1) 比例积分运算电路 (1) 比例积分运算电路 比例带的定义 比例带的定义 比例带的物理含义 第三节　PID调节器特性 PID调节器的阶跃响应特性曲线： (1) PID控制器的时域响应特性 已知PID控制器的时域表达式为： (2) PID控制器的频率响应特性 一、频域响应特性： 已知PID控制器的传递函数为： (2) PID控制器的频率响应特性 1.低频段： (2) PID控制器的频率响应特性 分析： 低频段反映积分特性，增益趋向于无穷大，用于消除稳态偏差； 高频段反映不完全微分特性，抑制高频干扰，同时，取相位超前作用。 (2) PID控制器的频率响应特性 比例、积分、微分（PID)调节器: 理想PID调节器的传递函数： (2) PID控制器的频率响应特性 理想PID调节器的幅频特性 (1)基本PID的离散表达式 增量式数字PID控制算法 位置式与增量式算法的对比 1. 增量式PID控制算法如取 为实际阀位反馈信号,或反映执行器特性的内部执行器模型输出,则不会发生积分饱和现象;并且由MAN模 式切换到AUTO模式时,易于实