[信息与通信]过控第六章PID控制器.ppt

第六章 PID控制器设计及参数整定 决定微分作用的强弱有2个因素： 1) 起始跳变幅度，用微分增益KD来衡量， 2) 衰减时间长短，用微分时间TD来衡量。 输出跳得越高，或降得越慢，表示微分作用越强。 微分时间TD越大，微分作用越强。 微分增益KD是固定不变的，只与控制器的类型有关。 反微分控制器运用于噪音较大的系统，起滤波作用。 6.2 PID参数的整定方法---衰减曲线法 准确地确定系统4:l（或l0:1）的衰减程度比较困难 不适用于一些扰动比较频繁、过程变化比较快的系统。 一种开环整定方法。利用系统开环广义对象的阶跃响应曲线进行控制器参数整定。 6.2 PID参数的整定方法---反应曲线法 系统置于开环状态。 在调节阀Gv(s)的输入端施加一个阶跃信号，记录下测量变送环节Gm(s)的输出响应曲线c(t)。 6.2 PID参数的整定方法---反应曲线法 根据阶跃响应曲线，得到广义被控过程的传递函数。 根据近似经验公式计算控制器参数。 A.无自平衡广义过程 6.2 PID参数的整定方法---反应曲线法 B.自平衡广义过程 6.2 PID参数的整定方法---反应曲线法 6.2 PID参数的整定方法---反应曲线法 柯恩（Cheen）-库思（Coon）整定公式 P控制器： PI控制器： PID控制器： 6.2 PID参数的整定方法---自整定 用于在被控过程特性发生变化时，对控制器参数进行自适应调整。 6.2 PID参数的整定方法---自整定 极限环自整定法 开关S置于位置2，具有继电特性的非线性环节接入闭环系统，产生自激等幅振荡，获得极限环；测出极限环的幅值和临界振荡周期，计算出临界比例度；根据记录的δk和Tk，按照临界比例度法计算公式计算控制器参数；将系统切换到PID工作状态，投入整定的PID参数，并在运行过程中适当调整。 全刻度指示控制器 6.3 DDZ-III型PID控制器 将变速器送来的1-5V.DC的测量信号，与1-5V.DC的给定信号进行比较得到偏差信号，然后再将其偏差信号进行PID运算，输出4-20mA.DC信号，传递给执行器，实现对过程参数的自动控制。 6.3 DDZ-III型PID控制器 全刻度指示控制器---外部结构 控制单元 指示单元 测量 指示电路 给定 指示电路 输入电路 PD电路 PI电路 输出电路 250Ω 硬手动 电路 软手动 电路 测量 指示 给定 指示 给定单元 6.3 DDZ-III型PID控制器 全刻度指示控制器---内部结构 主要内容 6.1 PID控制原理 6.2 PID控制参数的整定方法 6.3 DDZ-III型PID控制器 6.1 PID控制原理 PID :Proportional-Integral-Derivative(比例－积分－微分) 本质上是一种负反馈控制，特别适用于过程的动态性能良好而且控制性能要求不太高的情况。 6.1 PID控制原理---比例控制 控制器的输出信号u与输入偏差信号e成比例关系 比例增益 控制器输出信号的起始值 增量形式 6.1 PID控制原理---比例控制 比例带：调节阀开度改变100%（即对于气开型调节阀从全关到全开）时所需要的系统被控量的允许变化范围。 比例增益习惯上使用比例度δ表示比例控制作用的强弱。 6.1 PID控制原理---比例控制 特 点 （1）有差调节： ----只有当偏差e不为零时，控制器才会有输出 ----利用偏差实现控制 ----只能使系统被控量输出近似跟踪给定值。 6.1 PID控制原理---比例控制 特 点 （2）比例控制的稳态误差随比例带的增大而增大 增大比例增益Kc，会使系统振荡加剧，稳定性变差，但是可以减小系统的稳态误差，加快系统的响应速度。 6.1 PID控制原理---比例控制 特 点 （3）定值控制系统：实现被控量对给定值的有差跟踪。 随动控制系统：跟踪误差会随时间的增大而增大。 适用于控制通道滞后小，负荷变化不大，控制要求不高，被控参数在一定范围内允许有余差的定值控制场合。 6.1 PID控制原理---积分控制 控制器的输出信号u与输入偏差信号e的积分成比例关系 积分速度 控制器输出信号的起始值 6.1 PID控制原理---积分控制 特 点 （1）一种无差调节，提高系统的稳态控制精度。 （2）使系统的相频特性滞后90o，造成控制作用不及时，使系统的动态品质变差，过渡过程比较缓慢。可见，积分控制是牺牲了动态品