[2018年必威体育精装版整理]02控制系统性能指标与PID控制律.ppt

* 两种仿真情况： 其它参数不变，仅仅积分时间变化； 保持系统稳定不变为前提，当积分时间变化后相应调整比例度。 注意：在simulink仿真中的PID控制器中可调的积分作用为积分时间的倒数。 仿真结果参见../Simulation/PIDControl/PIControlLoop.mdl * 让积分作用为0 仿真结果参见../Simulation/PIDControl/PDControlLoop.mdl 控制性能指标与PID控制 上一讲内容回顾 了解典型工业过程的动态特性类型； 掌握简单被控过程的机理建模方法； 掌握调节阀“气开、气关”形式. 本讲基本要求 广义对象的概念及动态测试的典型方法； 掌握单回路控制器“正反作用”的选择原则； 掌握单回路控制系统的常用性能指标； 掌握PID控制律的意义及与控制性能的关系。 讨论 对于如图所示的加热炉温度控制系统，试选择控制阀的“气开-气关”形式，并指出该控制系统的“广义对象”。 “广义对象”的概念 “广义对象” 的特点 特点：（1）使控制系统的设计与分析简化； （2）广义对象的输入输出通常可测量，以便于 测试其动态特性； （3）只关心某些特定的输入输出变量。 广义对象阶跃响应测试法 典型自衡工业对象 的阶跃响应 对象的近似模型： 对应参数见左图，而增益为： [ymin, ymax]为CV的测量范围； [umin, umax]为MV的变化范围，对于阀位开度通常用0~100%表示。 广义对象动态特性分类 自衡过程（Self-Regulating Processes） (1) 无振荡的自衡过程 (2) 有振荡的自衡过程 非自衡过程（Non-Self-Regulating Processes） (1) 无振荡的非自衡过程 (2) 有振荡的非自衡过程 (3) 具有反向特性的非自衡过程 无振荡自衡过程模型 无振荡非自衡过程模型 具有反向特性的非自衡过程模型 工业过程控制对象的特点 除液位对象外的大多数被控对象本身是稳定自衡对象； 对象动态特性存在不同程度的纯迟延； 对象的阶跃响应通常为单调曲线，除流量对象外的被调量的变化相对缓慢； 被控对象往往具有非线性、不确定性与时变等特性。 控制器的“正反作用”选择问题 问题：如何构成一个负反馈控制系统？ 控制器的“正反作用”选择 定义：当被控变量的测量值增大时，控制器的输出也增大，则该控制器为“正作用”；否则，当测量值增大时，控制器输出反而减少，则该控制器为“反作用”。 选择要点：使控制回路成为“负反馈”系统。选择方法为： （1）假设检验法，先假设控制器的作用方向，再检查控制回路能否成为“负反馈”系统； （2）回路判别法，先画出控制系统的方块图，并确定回路除控制器外的各环节作用方向，再确定控制器的正反作用。 控制器的作用方向选择：假设检验法 根据控制阀的“气开气关”的选择原则，该阀应选“气开阀”，即： u↑→ Rf↑。 假设温度控制器为正作用， 即：Tm↑→ u↑；则 结论：该控制器的作用方向不能为正作用，而应为反作用. 控制器的作用方向选择：回路判别法 回路判别法的要点： （1）反馈回路中负增益环节（包括比较器）数为奇数； （2）对控制器而言，“正作用”是指Tm↑→ u↑。 控制性能指标 衰减比 超调量 回复时间 余差 偏差平方值积分 偏差绝对值积分 偏差绝对值与时间乘积的积分 纯比例控制器 控制器增益 Kc或比例度δ对系统性能的影响：增益 Kc 的增大（或比例度δ下降），使系统的调节作用增强，但稳定性下降（当系统稳定时，调节频率提高、余差下降）； 比例增益对控制性能的影响 对一个二阶系统采用纯比例控制得到的结果。图中红线表示设定值，蓝线表示测量值。 比例积分控制器 积分时间Ti 对系统性能的影响 引入积分作用的根本目的是为了消除稳态余差，但使控制系统的稳定性下降。当积分作用过强时（即Ti 过小），可能使控制系统不稳定。 * 两种仿真情况： 其它参数不变，仅仅积分时间变化； 保持系统稳定不变为前提，当积分时间变化后相应调整比例度。 注意：在simulink仿真中的PID控制器中可调的积分作用为积分时间的倒数。 仿真结果参见../Simulation/PIDControl/PIControlLoop.mdl * 让积分作用为0 仿真结果参见../Simulation/PIDControl/PDControlLoop.mdl