过程控制工程第三版课件 教学课件 ppt 作者 戴连奎 于玲 田学民 王树青 等编著3_1 PID 控制器.ppt

PID反馈控制器 戴连奎 浙江大学工业控制研究所 2012/02/25 预习讨论题 控制阀分气开、气关阀，它们的物理意义是什么？气开/气关阀的使用场合？ 反馈控制器正反作用的定义是什么？针对具体对象，如何选择控制器正反作用？ 如何评价一个控制系统的品质（定性与定量）？ 描述P, PI 与 PID控制器的输入输出关系 对于常见的被控过程，为什么采用P控制器会产生余差而采用PI控制器能消除余差？ 为什么PID控制器中的微分作用在实际过程中使用的不多？ 内 容 控制阀的作用选择 反馈控制器的正反作用 过程控制系统的性能指标 了解 P, PI 与 PID控制器的功能 问题讨论 分析下列两控制阀的差别 控制阀气开气关特性选择举例 控制器正反作用的选择 控制器正反作用选择举例#1 控制器正反作用选择举例#2 基于回路分析法控制器正反作用选择举例#1 基于回路分析法控制器正反作用选择举例#2 过程控制系统的性能指标 纯比例控制器 增益Kc 对控制器输出的影响 P 控制回路的仿真结果 比例增益对控制性能的影响 纯比例控制器只有一个可调参数 Kc。其最大问题是总存在不同程度的余差，即CV难以完全跟踪其SP。 对于某一给定的阶跃扰动，余差的大小取决于比例增益大小。增益越大，余差越小。 当Kc超过某一临界值，大多数控制系统会变为不稳定。 比例带的概念 定义：比例带是指使控制器输出CO全范围变化所对应的控制误差的比例。 比例积分 (PI) 控制器 PI 控制回路的仿真结果 积分作用对控制性能的影响 PI 控制器有两个可整定参数：控制增益（或比例带）与积分时间（或积分速率1/Ti ），其最大的优势是可消除余差。（为什么？） PI 控制器的不足之处在于：由于积分作用的引入，使控制系统的稳定性下降。具体地， 积分时间Ti 越短，积分速率1/Ti 越大，积分作用越强，闭环系统消除余差的速度越快，但控制系统的稳定性越弱。 （原因分析） PID（比例-积分-微分）控制器 工业PID控制器的输入输出响应 PID控制回路的仿真实验 微分作用对控制性能的影响 PID 控制器有三个可整定参数：控制器增益、积分时间与微分时间。微分作用的引入可使控制器具有超前预测作用。 PID 控制器主要适用于具有较长时间常数、且测量噪声较少的慢过程，例如：温度与成分控制回路。对于噪声水平较高的快速过程，例如流量与压力回路，微分作用的引入将放大噪声，因此不宜使用。 问题讨论 如何评价一个控制系统的品质（定性与定量）？ 描述P, PI 与 PID控制器的输入输出动态响应。 对于一般的PID控制器，如何通过改变控制参数使其成为PI或P控制器？ 对于常见的被控过程，为什么采用P控制器会产生余差而采用PI控制器能消除余差？ 工业PID控制算法不同于理论PID算法，为什么？ 为什么PID控制器中的微分作用在实际过程中使用的不多？ * * #1 控制阀 #2 控制阀 控制阀的气开气关特性 1. 气开阀与气关阀 * 气开阀： pc↑→ f↑ (“有气则开”, “无气则关”) * 气关阀： pc↑→ f↓ (“有气则关”, “无气则开”) 无气源（ pc = 0）时，气开阀全关，气关阀全开。 2. 控制阀气开/气关特征的选择——安全性 * 若无气源时，希望阀全关，则应选择气开阀，如加热炉瓦斯气调节阀；若无气源时，希望阀全开，则应选择气关阀，如放热反应器冷却水阀。 例1 例 2 控制器的“正反作用” 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： （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 广义对象的作用方向，再确定控制器的正反作用。 问题：（1）正作用与反作用控制器的定义？ （2）如何使控制回路成为“负反馈”系统 ? 考虑到控制系统在断电断气情况下的安全性，蒸汽阀应为气开阀，因此 u↑→ RV↑ 假设控制器TC 22为正作用。 如果 T↑, 则 结论：为使控制回路成为“负反馈”系统，TC22 须为 反作用控制器。 冷却水阀须为气关阀，因此 u↑→ （冷却水量）Fw↓ 假设TC 25为正作用控制器，如果 T↑，则 结论：TC 25须为反作用控制器 有无其它更简单方法 ? 步骤 1：画控制回路方块图，并标注广义对象的正反作用 步骤 2：由广义对象正反作用决定控制器正反作用以构成负反馈回路 (+) TC 22 为反作用控制器 (+) TC 25 为反作用控制器。为什么？ 余差：