第七章 控制系统及其算法.ppt

控制系统及其算法 主 讲：吴 东 本章内容 1、控制系统概述 控制 指为达到预先设定的目标，作用于系统有目的的动作。 控制系统 指由被控对象和控制装置所构成的，能够对被控对象的工作进行调节，使之具有一定的状态和性能的系统。 1、控制系统概述 控制系统 如：电冰箱的温度控制 供水系统的水压控制 数控机床的刀具切割控制 机器人的手臂动作控制 1、控制系统概述 控制的基本方式 开环控制 闭环控制 1、控制系统概述 开环控制 1、控制系统概述 开环控制 1、控制系统概述 开环控制 1、控制系统概述 开环控制 1、控制系统概述 闭环控制 是指控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向联系的控制。 1、控制系统概述 闭环控制 1、控制系统概述 闭环控制 1、控制系统概述 闭环控制 1、控制系统概述 闭环控制 1、控制系统概述 开环控制与闭环控制 1、控制系统概述 2、PID控制算法分析 2、PID控制算法分析 是根据系统的被调量实测值与设定值之间的偏差，利用偏差的比例、积分、微分三个环节的不同组合计算出对广义被控对象的控制量。 2、PID控制算法分析 图3.1 常规PID控制系统原理框图 2、PID控制算法分析 虚线框内的部分是PID控制器，其输入为设定值 与被调量实测值 构成的控制偏差信号 ： (3.1) 其输出为该偏差信号的比例、积分、微分的线性组合，也即PID控制律： (3.2) 式中， 为比例系数； 为积分时间常数； 为微分时间常数。 2、PID控制算法分析 根据被控对象动态特性和控制要求的不同，式(3.2)中还可以只包含比例和积分的PI调节或者只包含比例微分的PD调节。 2、PID控制算法分析 1．PID控制规律的特点 （1）比例控制器 比例控制器是最简单的控制器，其控制规律为 (3.3) 式中，Kp为比例系数； 为控制量的初值，也就是在启动控制系统时的控制量。 2、PID控制算法分析 图3.2 比例控制器对单位阶跃输入的阶跃响应 2、PID控制算法分析 1．PID控制规律的特点 （1）比例控制器 由图3.2可以看到，比例控制器对于偏差是及时反应的。偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用使被控量朝着减小偏差的方向变化。 控制作用的强弱取决于比例系数Kp。 2、PID控制算法分析 比例控制器虽然简单快速，但对于具有自平衡性（即系统阶跃响应终值为一有限值）的被控对象存在静差。 加大比例系数Kp可以减小静差。 但当Kp过大时，动态性能会变差，会引起被控量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。 2、PID控制算法分析 比例系数Kp的变化 某控制系统对于单位阶跃输入信号的误差为 稳态误差为 2、PID控制算法分析 Buck电路 2、PID控制算法分析 Buck电路 2、PID控制算法分析 （2）比例积分控制器 为了消除在比例控制中存在的静差，可在比例控制的基础上加上积分控制作用，构成比例积分PI控制器，其控制规律为