比例積分微分控制及其調(diào)節(jié)過程

1、2-1 控制系統(tǒng)動態(tài)過程的品質(zhì)指標控制系統(tǒng)動態(tài)過程的品質(zhì)指標2-2 調(diào)節(jié)器的基本特性調(diào)節(jié)器的基本特性2-3 比例控制器及其調(diào)節(jié)過程比例控制器及其調(diào)節(jié)過程2-4 積分制器及其調(diào)節(jié)過程積分制器及其調(diào)節(jié)過程2-5 比例積分控制器及其調(diào)節(jié)過程比例積分控制器及其調(diào)節(jié)過程2-6 比例積分微分控制比例積分微分控制一. 品質(zhì)指標：1.要求： 穩(wěn)定，準確，快速。 以穩(wěn)定性為首要指標；三者相互聯(lián)系，相互制約；評價系統(tǒng)的好壞，應(yīng)根據(jù)實際情況，綜合考慮三個方面2.性能指標：穩(wěn)定性指標：衰減率 ，一般為7590)()()()(1%100)()()()()()(13131ytyytyytyytyyty0246810121

2、416182000.511.52) 1(1)(ssG3, 2,IPPID1t2t3t3my2my1myy1:101:4:31或者衰減比mmyy%90%75113或者衰減率mmyy衰減比非周期穩(wěn)定過程, 1st：F穩(wěn)（靜）態(tài)偏差：新的穩(wěn)定值與設(shè)定值的差值 在干擾作用下 在給定值作用下 F最大動態(tài)偏差：動態(tài)過程中被控量與設(shè)定值的最大差值F超調(diào)量：定值擾動下，經(jīng)常用它來描述動態(tài)準確性。)()()(yre)()(ye)()()(ytre)()()()()()(1111yytytrtrtyMtF快速性指標：過程調(diào)整時間ts 以穩(wěn)定值的5或2作一許可誤差范圍，從過程起點到被控量達到并保持在這一范圍內(nèi)所需要

3、的時間00)()()(dttedttrtyI0)( dtteIAE02)( dtteISE0)(dttetITAE誤差積分絕對誤差積分平方誤差積分時間與絕對誤差乘積積分 是特征根的實部與虛部之比，被稱為系統(tǒng)的相對穩(wěn)定度， 衰減率 m 阻尼比 0.75 0.221 0.215 0.9 0.366 0.344 0 1 m 系統(tǒng)趨向穩(wěn)定。F常規(guī)控制器的組成：給定值設(shè)定機構(gòu)，偏差比較機構(gòu)，控制運算模塊。ruy+-eF 調(diào)節(jié)器的首要任務(wù)是要構(gòu)成一個負反饋系統(tǒng)，以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。F 通過分析系統(tǒng)其它環(huán)節(jié)的正負號，正確選擇調(diào)節(jié)器的正反作用，使系統(tǒng)成為負反饋系統(tǒng)F工業(yè)調(diào)節(jié)器正反作用的定義正作用：測量值控制作用

4、反作用：測量值控制作用測量值增大與減小的基準是設(shè)定值F正反作用的選擇原則廣義過程 為時，選反作用控制器廣義過程 為時，選正作用控制器)()()(sGsGsGmpv)()()(sGsGsGmpv+-ryuym)(sGc)(sGp)(sGv)(sGm+F調(diào)節(jié)器以偏差e為輸入，控制（操作）量為輸出F比例作用( Proportional control, ) F比例調(diào)節(jié)器的參數(shù)： 比例放大倍數(shù)Kc 比例帶；oocuteuteKtu)()()(1cKF 積分作用( Integral Control, )F 積分調(diào)節(jié)器的參數(shù):積分速度Ki，積分時間TiF PI作用0000)(1)()(udtteTudtt

5、eKtutiti00)(1)(1)(udtteTtetutiF微分作用( Derivative, )F理想微分F實際微分FPD作用 0udtdeTudtdukTddd0)(udtdeTtud0)(1udtdeTteudtduKTddd)111(1)(:111)(:)(:)11 (1)(:1)(:1)(:sTssTsGPIDssTsGPDsTsGDsTsGPIsTsGIsGPiKTdKTddiiddddF 傳遞函數(shù)：eu)(sG)111 (1ssTsTddkTdiFMATLAB中的PID控制器傳遞函數(shù)：比例控制器的調(diào)整參數(shù)：Kc:比例放大倍數(shù)；：比例帶； 階躍響應(yīng)曲線00)()()(uteute

6、Ktuc1)(cKsGyuuyKc 以原始平衡點作為設(shè)定點。例：流入量0.5t/h; 流出量0.5t/h, 水位高度40cm;流出量 ?新的水位高度？杠桿水槽液位浮子+-r =40cmyuym+進水閥D出水閥 閥位與偏差一一對應(yīng)：閥門位置與水位（浮子）位置一一對應(yīng)。 按比例動作：閥芯移動的數(shù)值與浮子上下移動的數(shù)值成比例，比值是杠桿比。 比例控制是有差控制：它必然存在靜態(tài)偏差。 比例控制是一種有效的控制作用。F比例帶是一個無量綱的純數(shù)值 F其物理意義為：調(diào)節(jié)閥從全開到全關(guān)（輸出作全量程范圍變化時），輸入（被控量）的變化占其全量程變化范圍的百分數(shù)。F輸入輸出是相對于控制器而言的minmax12mi

7、nmax12uuuuyyyyF例：一個溫度控制系統(tǒng)，溫度變送器的量程為100200，當溫度變化4時，可使調(diào)節(jié)閥從50到70變化，比例帶 F比例帶輸入/ 輸出；F比例帶越大，控制作用越弱；比例帶越小，控制作用越強。%20%50%701002004CCC換熱器采用比例控制1.調(diào)節(jié)器正反作用的討論換熱器蒸汽w 2D, 1TC2.靜特性：F調(diào)節(jié)器的靜特性：偏差與控制信號的對應(yīng)關(guān)系F過程的靜特性：在流入側(cè)溫度一定，入口流量一定時，蒸汽閥門開度與出口溫度的對應(yīng)關(guān)系（不同負荷流量下，有不同的靜態(tài)特性曲線。1AOABQ1100%+-ruymcK11sTi+-+-ruymcK+-11sTi+-KHSLSbuhu

8、quaShf間歇單元EhAAhEoEiR1RIC1C2R2S一、微分作用及其特點F理想微分F實際微分微分時間Td； 微分增益Kd提供0至90o導前角，改善系統(tǒng)動態(tài)特性微分作用在靜態(tài)時輸出為0，無控制作用sTsGd)(1)(sKTsTsGdddF傳遞函數(shù)F階躍響應(yīng)曲線F調(diào)節(jié)器的調(diào)整（特征）參數(shù))111sKTsTddd（012345600.511.522.533.54114)(3,13)(sssGKsssGPDdD024681002468101214131sss斜坡響應(yīng)：F對穩(wěn)定性的影響適當引入微分，可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性F對穩(wěn)態(tài)性能的影響 無作用F對其它性能指標的影響 引入Td ，可提高快速性，提高系統(tǒng)的工作頻率特征方程：按Roth判據(jù)可得，穩(wěn)定范圍為 1.32Td7.68Td太大或太小，都會破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性 GcGpsTsGdc1)() 13)(12)(1(1)(sssssGp01)1 (6116234sTsssd1、PID的動作規(guī)律：)11)(1 (1)111(1)()11 (1)()()(1)(1)(0sTsKTsKTTsTsKTsTsGsTsTsGdttdeTdtteTtetuidddddiddddidti2、階躍響應(yīng)與特征參數(shù)3、三種作用的相互配合Time (sec.)Amplitude