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第4章 PID控制原理 4.l PID控制的特点 PID 控制是比例积分微分控制 （Proportional-Integral-Differential） 历史最久、应用最广，适应性最强的控制方式 在工业生产过程中，PID控制算法占85%～90% 反馈控制 ——根据误差进行的控制 PID 反馈控制 常规PID控制系统的原理 输入：控制偏差e ( t ) = r ( t ) - y ( t ) 输出：偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)的线性组合 PID控制具有以下优点： ①原理简单，使用方便。 ②适应性强，可以广泛应用于化工、热工、冶金、炼油以及造纸、建材等各种生产部门。 ③鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。 ④对模型依赖少。 按 PID控制进行工作的自动调节器早已商品化。 在过程控制中，绝大部分都采用 PID控制。例外的情况有两种。 一种是被控对象易于控制而控制要求又不高的，可以采用更简单的开关控制方式。 另一种是被控对象特别难以控制而控制要求又特别高的情况，这时如果 PID控制难以达到生产要求就要考虑采用更先进的控制方法。 4.2 比例调节(P调节) 4.2.1 比例控制的调节规律和比例带 4.2.2 比例控制的特点 4.2.3 比例带对控制过程的影响 4.2.1 比例控制的调节规律和比例带 在 P调节中，调节器的输出信号u与偏差信号e成比例，即 u＝Kce 式中，Kc称为比例增益(视情况可设置为正或负)。 4.2.1 比例控制的调节规律和比例带 P调节的阶跃响应 4.2.1 比例控制的调节规律和比例带 4.2.1 比例控制的调节规律和比例带 习题4.2(p98) 某电动比例调节器的测量范围为100--200oC，其输出为0--10mA。当温度从140oC变化到160oC时，测得调节器的输出从3mA变化到7mA。试求出该调节器比例带。 4.2.1 比例控制的调节规律和比例带 如果采用单元组合仪表，调节器的输入和输出都是统一的标准信号，即　　　　　　　 ，则有 此时比例带（比例度）δ与比例增益成反比，比例带小，则较小的偏差就能激励调节器产生100%的开度变化，相应的比例增益就大。 4.2.1 比例控制的调节规律和比例带 ②δ具有重要的物理意义 u代表调节阀开度的变化量，δ就代表使调节阀开度改变100% 即从全关到全开时所需要的被调量的变化范围。 例如，若测量仪表的量程为100℃，则δ＝50% 就表示被调量需要改变50℃才能使调节阀从全关到全开。 当被调量处在“比例带”以内 调节阀的开度(变化)才与偏差成比例。 超出这个“比例带”以外 调节阀已处于全关或全开的状态，调节器的输入与输出已不再保持比例关系。 4.2 比例调节(P调节) 4.2.1 比例控制的调节规律和比例带 4.2.2 比例控制的特点 4.2.3 比例带对控制过程的影响 4.2.2 比例调节的特点 比例调节的显著特点就是有差调节。 4.2.2 比例调节的特点 如果采用比例调节，则在负荷扰动下的调节过程结束后，被调量不可能与设定值准确相等，它们之间一定有残差。 因为根据比例调节的特点，只有调节器的输入有变化,即被调量和设定值之间有偏差,调节器的输出才会发生变化。 余差（或静差）是指： 被调参数的新的稳定值与给定值不相等而形成的差值。 余差的大小与调节器的放大系数K或比例带δ有关 放大系数越小，即比例带越大，余差就越大； 放大系数越大，即比例带越小，比例调节作用越强，余差就越小。 比例控制是有差控制可以根据控制理论加以验。 因如果广义被控对象的传递函数 Gp(s)具有一阶惯性加纯迟延的形式 则当控制器 Gc(s)采用比例控制时 系统的开环传递函数可表示为 当系统的输入在幅值为A的阶跃信号激励时，其响应的稳态误差为 由上式可知，该系统的稳态误差与输入的幅值成正比，与系统的开环增益成反比，它为一有限值。 也就是说，只要广义被控对象的增益K与控制器的比例增益Kc乘积不为无穷大，系统的稳态误差就不会为零。 4.2 比例调节(P调节) 4.2.1 比例控制的调节规律和比例带 4.2.2 比例控制的特点 4.2.3 比例带对控制过程的影响 4.2.3 比例带对于调节过程的影响 a)δ大 调节阀的动作幅度小，变化平稳，甚至无超调，但余差大，调节时间也很长 b)δ减小 调节阀动作幅度加大，被调量来回波动，余差减小 c)δ进一步减小 被调量振荡加剧 d)δ为临界值 系统处于临界稳定状态 e)δ小于临界值 系统不稳定，振荡发散 　 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