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第七章系统校正与PID控制7.1问题的提出7.2系统校正的几种常见古典方法7.3PID模型及其控制规律分析7.4PID控制器参数的整定方法7.5几种改良的PID控制器2023/9/11星期一北京科技大学自动化学院自动化系1

本章要点?系统校正的几种常见古典方法?PID模型形式?PID控制规律分析?PID控制器参数的整定方法2023/9/11星期一北京科技大学自动化学院自动化系2

7.1问题的提出系统分析:在系统的结构、参数已知的情况下,计算出它的性能。系统校正:在系统分析的基础上,引入某些参数可以根据需要而改变的辅助装置,来改善系统的性能,这里所用的辅助装置又叫校正装置。一般说来,被控对象(G2(S))的模型结构和参数不能任意改变,可以称之为控制系统的“不可变部分”。如果将这个被控对象简单地组成一个反馈系统,常常不能满足控制要求。为此,人们常常在系统中引入某种环节——校正装置(G1(S)),以改善其性能指标。2023/9/11星期一北京科技大学自动化学院自动化系3

7.1问题的提出我们已经初步学过的几种校正方法:(1)对干扰补偿的前馈补偿当时,可以求得当恒定成立。说明系统输出Y(s)不有N(s)的影响。2023/9/11星期一北京科技大学自动化学院自动化系4

7.1问题的提出(2)对给定输入进行补偿则2023/9/11星期一北京科技大学自动化学院自动化系5

7.1问题的提出(3)比例微分控制下图表示引入了一个比例微分控制的二阶系统,系统输出量同时受偏差信号和偏差信号微分的双重控制。试分析比例微分校正对系统性能的影响。1-+2023/9/11星期一北京科技大学自动化学院自动化系6

7.1问题的提出系统开环传递函数闭环传递函数:等效阻尼比:2023/9/11星期一北京科技大学自动化学院自动化系7

7.1问题的提出(4)速度反馈控制右图是采用了Y(s)U(s)速度反馈控制的二阶系统。试分析速度反馈校正对系统性能的影响。--kst分析系统的开环传递函数为2023/9/11星期一北京科技大学自动化学院自动化系8

7.1问题的提出式中k为速度反馈系数t其中:为系统的开环增益(不引入速度反馈开环增益闭环传递函数:)2023/9/11星期一北京科技大学自动化学院自动化系9

7.1问题的提出等效阻尼比:显然,所以速度反馈可以增大系统的阻尼比,而不改变无阻尼振荡频率ω,因此,速度反馈n可以改善系统的动态性能。在应用速度反馈校正时,应适当增大原系统的开环增益,以补偿速度反馈引起的开环增益减小,同时适当选择速度反馈系数K,使阻尼比ξ增至适当数tt值,以减小系统的超调量,提高系统的响应速度。以上的校正方法均具有重要的实际意义,本章重点讲解一种工程上最为常用的PID控制器的设计与实现。2023/9/11星期一北京科技大学自动化学院自动化系10

7.2系统校正的几种常见古典方法1、串联校正2、反馈校正3、前馈校正4、顺馈校正5、校正类型比较2023/9/11星期一北京科技大学自动化学院自动化系11

7.2系统校正的几种常见古典方法1、串联校正如果校正元件与系统的不可变部分串联起来,如图所示,则称这种形式的校正为串联校正。R(s)+-C(s)H(s)串联校正系统方框图图中的G(s)与G(s)分别表示不可变部分及校0正元件的传递函数。c2023/9/11星期一北京科技大学自动化学院自动化系12

7.2系统校正的几种常见古典方法2、反馈校正如果从系统的某个元件的输出取得反馈信号,构成反馈回路,并在反馈回路内设置传递函数为G(s)的c校正元件,则称这种校正形式为反馈校正,如下图所示。R(s)C(s)++--H(s)反馈校正系统方框图2023/9/11星期一北京科技大学自动化学院自动化系13

7.2系统校正的几种常见古典方法3、前馈控制如果干扰可测,从干扰向输入方向引入的以消除或减小干扰对系统影响的补偿通道。2023/9/11星期一北京科技大学自动化学院自动化系14

7.2系统校正的几种常见古典方法4、顺馈控制以消除或减小系统误差为目的,从输入方向引入的补偿通道。2023/9/11星期一北京科技大学自动化学院自动化系15

7.2系统校正的几种常见古典方法5、校正类型比较:串联校正:分析简单,应用范围广,易于理解和接受.反馈校正:最常见的就是比例反馈和微分反馈,微分反馈又叫速度反馈。顺馈校正:以消除或减小系统误差为目的。前馈校正:以消除或减小干扰对系统影响。本章以最为常见的串联校正中的PID校正为学习目的。2023/9/11星期一北京科技大学自动化学院自动化系16

7.3PID模型及其控制规律分析1、PID控制器模型2、PID控制规律分析3、PID控制器

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