（）積分時(shí)間TI對(duì)過(guò)渡過(guò)程影響

1、2 2 控制器的基本控制規(guī)律控制器的基本控制規(guī)律控制器的輸入：輸出： 控制器的控制規(guī)律就是u(t)與e(t)之間的關(guān)系，是在人工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)并發(fā)展的。 控制器的基本控制規(guī)律有：比例、積分和微分，此外還有如繼電器特性的位式控制規(guī)律等。) t ( u) t ( r) t ( y) t ( e圖71 反應(yīng)器的溫度控制人工操作過(guò)程分析人工操作過(guò)程分析以蒸汽加熱反應(yīng)釜為例：設(shè)反應(yīng)溫度：85度，輕微放熱反應(yīng) 操縱變量：蒸汽流量 被控變量：反應(yīng)溫度 干擾：蒸汽壓力、進(jìn)料流量等人工操作（人工操作（1 1）：開(kāi)關(guān)控制）：開(kāi)關(guān)控制u 若溫度低于85度，蒸汽閥門(mén)全開(kāi)u 若溫度高于85度，蒸汽閥門(mén)全關(guān)現(xiàn)象現(xiàn)象：溫

2、度持續(xù)波動(dòng)，過(guò)程處于振蕩中。結(jié)果結(jié)果：雙位控制規(guī)律控制品質(zhì)差，滿足不了生產(chǎn)要求。u 溫度為85度，蒸汽閥門(mén)開(kāi)度是3圈u 若溫度高于85度，每高5度就關(guān)一圈閥門(mén)u 若溫度低于85度，每低5度就開(kāi)一圈閥門(mén)即開(kāi)啟圈數(shù)相應(yīng)控制規(guī)律可寫(xiě)為：u(0)：偏差為0時(shí)控制器輸出Kc：控制器比例放大倍數(shù)人工操作（人工操作（2 2）：比例控制）：比例控制)y(85513)t ( eK)(u)t (uc0現(xiàn)象：溫度控制得比較平穩(wěn)結(jié)果：控制品質(zhì)有一定改善，但負(fù)荷變化時(shí)，會(huì)有余差。如工況有變動(dòng)，當(dāng)閥門(mén)開(kāi)3圈時(shí)，溫度不再保持在85度。人工操作（人工操作（3 3）：增加積分作用）：增加積分作用首先按照比例控制操作，然后不斷觀

3、察u 若溫度低于85度，慢慢地持續(xù)開(kāi)大閥門(mén)u 若溫度高于85度，慢慢地持續(xù)開(kāi)小閥門(mén)直到溫度回到85度即控制器輸出變化的速度與偏差成正比：tIIdt)t(eK)(u)t(u)t(eKdt)t(du00KI：積分控制作用放大倍數(shù)現(xiàn)象：只要有偏差，控制器輸出就不斷變化。結(jié)果：輸出穩(wěn)定在設(shè)定的85度上，即消除了余差。人工操作（人工操作（4 4）：增加微分作用）：增加微分作用 由于溫度過(guò)程容量滯后大，當(dāng)出現(xiàn)偏差時(shí)，其數(shù)值已經(jīng)較大，因此，補(bǔ)充經(jīng)驗(yàn)：根據(jù)偏差變化的速度來(lái)開(kāi)啟閥門(mén)，從而抑制偏差的幅度，使控制作用更加及時(shí)。dt)t (deT)t (uD時(shí)間連續(xù)PID控制規(guī)律時(shí)間離散PID控制規(guī)律理想PID控制器

4、的運(yùn)算規(guī)律數(shù)學(xué)表達(dá)式：其傳遞函數(shù)形式：一、連續(xù)一、連續(xù)PIDPID控制規(guī)律控制規(guī)律dt)t (deTdt)t ( eT)t ( eK)t (uDIC1)sTsT(K)s(E)s(U)s(GDICC11(7-1)(7-2)控制器運(yùn)算規(guī)律通常用增量形式表示，若用實(shí)際值表示，則為：式中u(0)為控制器初始輸出，即t0瞬間偏差為0時(shí)的輸出。)(udt)t (deTdt)t ( eT)t ( eK)t (uDIC01)(u)t (u)t (u0(7-3)(7-4)1 1、比例控制（、比例控制（P P）分析分析（1）比例控制規(guī)律控制器輸出變化與輸入偏差成正比。在時(shí)間上沒(méi)有延遲。在相同的偏差下，Kc越大，輸

5、出也越大，因此Kc是衡量比例作用強(qiáng)弱的參數(shù)。工業(yè)上用比例度來(lái)表示比例作用的強(qiáng)弱。)t ( eK)t (uC(7-5)傳遞函數(shù)形式：CCK)s(E)s(U)s(G圖72 階躍偏差作用下比例控制器的開(kāi)環(huán)輸出特性(7-6)(2)(2)、比例度、比例度%KC1001(7-7)（a）在擾動(dòng)（或負(fù)荷）變化及設(shè)定值變化時(shí)有余差存在。因?yàn)樵谶@幾種情況下，控制器必有輸出 以改變閥門(mén)開(kāi)度，力圖使過(guò)程的物料和能量能夠達(dá)到新的平衡。但 又正比于偏差 e，因此此時(shí)控制器的輸入信號(hào)必然不是0。當(dāng)比例度較小時(shí)，對(duì)應(yīng)同樣的 變化的e較?。灰虼擞嗖钚?。(3)(3)、比例度對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程影響、比例度對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程影響uuu（b）

6、比例度越大，過(guò)渡過(guò)程曲線越平穩(wěn)；隨著比例度減小，系統(tǒng)振蕩程度加劇。當(dāng)比例度減小到某數(shù)值 時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，再減小系統(tǒng)將發(fā)散。因此控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，也達(dá)不到控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效果應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的特性，特別是過(guò)程特性選擇合適的控制器參數(shù) ，才能獲得理想的控制指標(biāo)。k（c）最大偏差在兩類(lèi)外作用下不一樣在擾動(dòng)作用下， 越小，最大偏差越小在設(shè)定作用且系統(tǒng)處于衰減振蕩時(shí)， 越小，最大偏差也越大。因?yàn)樽畲笃钊Q于余差與超調(diào)量。在擾動(dòng)作用下，最大偏差取決于余差， 小，余差小。在設(shè)定作用下，則取決于超調(diào)量，小，則超調(diào)量大，所以最大偏差大。圖73 不同比例度下過(guò)渡過(guò)程(a)擾動(dòng)作用(b)設(shè)定作用（d）

7、如果 小，則振蕩頻率提高，因此把被控變量拉回到設(shè)定值所需的時(shí)間就短。一般而言：當(dāng)廣義對(duì)象的放大系數(shù)較小，時(shí)間常數(shù)較大、時(shí)滯較小時(shí)，控制器的比例度可選較小，以提高系統(tǒng)的靈敏度。當(dāng)廣義對(duì)象的放大系數(shù)較大，時(shí)間常數(shù)較小而時(shí)滯較大時(shí)，需要適當(dāng)增大控制器的比例度，以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 工業(yè)生產(chǎn)中定值控制系統(tǒng)通常要求控制系統(tǒng)具有振蕩不太劇烈，余差不太大的過(guò)渡過(guò)程，衰減比定在4:110:1,而隨動(dòng)系統(tǒng)一般衰減比在10:1以上。比例控制小結(jié)：比例控制小結(jié)： 比例控制是最基本、最主要也是應(yīng)用最普遍的控制規(guī)律，它能夠迅速地克服擾動(dòng)的影響，使系統(tǒng)很快地穩(wěn)定下來(lái)。比例控制通常適用于擾動(dòng)幅度小，負(fù)荷變化不大，過(guò)程時(shí)滯較

8、?。?）或者控制要求不高的情況下。T/負(fù)荷變化大，余差大，負(fù)荷變化小，余差小。(分析見(jiàn)前面比例度對(duì)過(guò)渡過(guò)程影響(c)過(guò)程 的越大，振蕩越厲害，如果此時(shí)把比例度增大以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，則余差就會(huì)增大，如果 較小，則比例度可以小些，余差也就減小?？刂埔蟛桓叩膱?chǎng)合：液位控制中，往往只要求液位穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，沒(méi)有嚴(yán)格的要求，只有當(dāng)比例控制的控制指標(biāo)滿足不了工藝要求時(shí)，才需引入其他控制作用。T/T/2 2、比例積分控制（、比例積分控制（PIPI）分析分析（1）積分控制規(guī)律KI表示積分速度。控制器輸出信號(hào)的大小，不僅與偏差大小有關(guān)，還取決于偏差存在的時(shí)間長(zhǎng)短。只要有偏差存在，控制器的輸出就不斷變化。偏

9、差存在時(shí)間越長(zhǎng)，輸出信號(hào)的變化量越大，直到達(dá)到輸出極限。tIdt)t ( eK)t (u0(7-8)只有余差為0，控制器的輸出才穩(wěn)定。力圖消除余差是積分作用的重要特性。力圖消除余差是積分作用的重要特性。 在幅度為A的階躍作用下，積分控制器的開(kāi)環(huán)輸出如圖74所示。輸出直線的斜率為KIA。圖74 階躍偏差作用下積分輸出（2）積分控制規(guī)律分析 積分控制作用總是滯后于偏差的存在，因此它不能有效地克服擾動(dòng)的影響，難以使得控制系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)，因此積分控制作用很少單獨(dú)使用。如圖75分析，引入積分作用會(huì)使系統(tǒng)容易振蕩。 比例作用的輸出與偏差同步，偏差大，輸出大，偏差小，輸出小，因此控制及時(shí)。而積分作用則不是。圖

10、75 積分作用的落后性在第一個(gè)前半周期內(nèi)，測(cè)量值一直低于設(shè)定值，出現(xiàn)負(fù)偏差，所以按同一方向累積。從t1到t2時(shí)間段，偏差還是為負(fù)，但數(shù)值在減小，因此，積分輸出仍然在增加，但增加的量在減小。顯然，在這個(gè)時(shí)間段，積分輸出增加是不合理的，因?yàn)槠钜呀?jīng)在減小。這就暴露了積分控制的弱點(diǎn)：控制作用的落后性。這往往會(huì)導(dǎo)致超調(diào)，并引起被控變量波動(dòng)厲害。工業(yè)上常將比例作用與積分作用組合成比例積分控制規(guī)律。（2）比例積分控制規(guī)律比例積分控制器的傳遞函數(shù)是：dt)t ( eT)t ( eK)t (utIC01)sT(K)s(E)s(U)s(GICc11(7-9)(7-10) 在階躍偏差作用下，比例積分控制器的開(kāi)環(huán)輸

11、出如圖76所示。 在偏差幅度為A的階躍作用下，比例輸出立即跳變到KCA，然后積分輸出隨時(shí)間線性增加。在KC和A確定時(shí)，直線的斜率取決于積分時(shí)間TI的大小。TI越大，直線越平坦，積分作用越弱。TI越小，直線越陡，表示積分作用越強(qiáng)TI趨向無(wú)窮大時(shí)，比例積分控制器蛻變?yōu)楸壤刂破?。圖76 階躍偏差作用下比例積分控制器的輸出 TI是描述積分作用強(qiáng)弱的物料量，其定義為：在階躍偏差作用下，控制器的輸出達(dá)到比例輸出的兩倍所經(jīng)歷的時(shí)間，就是積分時(shí)間TI。因?yàn)樵谌我鈺r(shí)間，控制器的輸出為： 。當(dāng)t=TI時(shí)，輸出即為2KCA。At)T/K(AKICC 比例積分控制器在投運(yùn)前，需對(duì) 和積分時(shí)間TI進(jìn)行校驗(yàn)。積分時(shí)間測(cè)

12、定時(shí)，一般先將比例度置于100%，然后對(duì)控制器輸入一個(gè)幅度為A的階躍偏差，測(cè)出控制器的跳變KCA，同時(shí)按住秒表，待到積分輸出與比例輸出相同時(shí)，所經(jīng)歷的時(shí)間就是積分時(shí)間TI。如圖77所示。圖77 積分時(shí)間測(cè)定 比例積分控制器，工作點(diǎn)不斷變化的比例積分控制器，工作點(diǎn)不斷變化的比例控制器：比例控制器：比例控制器可以看成是粗調(diào)的比例作用與細(xì)調(diào)的積分作用的組合。如果比例控制器的輸出增量與偏差信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，則比例積分控制器可以理解為比例度不斷減小，即比例增益不斷放大的比例控制器，如圖76所示。（3 3）積分時(shí)間）積分時(shí)間T TI I對(duì)過(guò)渡過(guò)程影響對(duì)過(guò)渡過(guò)程影響 在一個(gè)純比例的閉環(huán)控制系統(tǒng)中引入積分作用時(shí)，

13、若 不變，則可從圖78所示的曲線看出，隨著TI的減小，積分作用增強(qiáng)，消除余差快，但控制系統(tǒng)的振蕩加劇，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；TI過(guò)小，可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。TI小，擾動(dòng)作用下的最大偏差小，振蕩頻率增加。（3 3）積分時(shí)間）積分時(shí)間T TI I對(duì)過(guò)渡過(guò)程影響對(duì)過(guò)渡過(guò)程影響 在一個(gè)純比例的閉環(huán)控制系統(tǒng)中引入積分作用時(shí)，若 不變，則可從圖78所示的曲線看出，隨著TI的減小，積分作用增強(qiáng)，消除余差快，但控制系統(tǒng)的振蕩加劇，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；TI過(guò)小，可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。TI小，擾動(dòng)作用下的最大偏差小，振蕩頻率增加。圖78 比例度不變時(shí)積分時(shí)間對(duì)過(guò)渡過(guò)程影響(a)擾動(dòng)作用(b)設(shè)定作用 在比例控制系統(tǒng)中引入積

14、分作用可以消除余差，但是系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。若要保持系統(tǒng)原有的穩(wěn)定性，就要加大控制器的比例度，但這又會(huì)使系統(tǒng)的其他控制指標(biāo)下降。因此，如果余差不是系統(tǒng)的主要控制指標(biāo)，就沒(méi)有必要引入積分作用。 由于比例積分控制器具有比例和積分控制的優(yōu)點(diǎn)，有比例度和積分時(shí)間兩個(gè)參數(shù)可調(diào)，因此適用范圍較廣，多數(shù)控制系統(tǒng)都可采用。只有在過(guò)程的容量滯后大，時(shí)間常數(shù)大，或者負(fù)荷變化劇烈時(shí)，由于積分作用較為遲緩，系統(tǒng)的控制指標(biāo)不能滿足工藝要求，才考慮在系統(tǒng)中增加積分作用。（4 4）積分飽和及防止）積分飽和及防止 積分飽和是指一種積分過(guò)量現(xiàn)象。在通常的控制回路中，由于積分作用能一直消除偏差，因此能達(dá)到?jīng)]有余差的穩(wěn)態(tài)值，但在有些

15、場(chǎng)合卻并非如此。 如圖78(a)所示的保證壓力不超限的安全防空系統(tǒng)，設(shè)定值為壓力的容許限值，在正常操作情況下，放空閥是全關(guān)的，然而實(shí)際壓力總是低于此設(shè)定值，偏差長(zhǎng)期存在。 如果考慮在氣源中斷時(shí)保證安全，采用氣關(guān)閥，則控制器應(yīng)該是反作用的。 假設(shè)采用氣動(dòng)控制器，則由于在正常工況下偏差一直存在，控制器的輸出降達(dá)到上限。此時(shí)，控制器的輸出不僅是上升到額定的最大值100KPa為止，而是會(huì)繼續(xù)上升到氣源壓力140160KPa，即圖79(b)中的起始階段。(a)壓力放空系統(tǒng)圖79 壓力安全放空系統(tǒng)中的積分飽和(a) 積分飽和現(xiàn)象 如果考慮在氣源中斷時(shí)保證安全，采用氣關(guān)閥，則控制器應(yīng)該是反作用的。 假設(shè)采用

16、氣動(dòng)控制器，則由于在正常工況下偏差一直存在，控制器的輸出降達(dá)到上限。此時(shí)，控制器的輸出不僅是上升到額定的最大值100KPa為止，而是會(huì)繼續(xù)上升到氣源壓力140160KPa，即圖79(b)中的起始階段。(a)壓力放空系統(tǒng)圖79 壓力安全放空系統(tǒng)中的積分飽和(a) 積分飽和現(xiàn)象 這樣雖然對(duì)保證閥門(mén)緊閉有好處，但是從t=t1開(kāi)始，如果容器內(nèi)的壓力開(kāi)始等速上升，則在達(dá)到設(shè)定值以前，由于偏差仍然是正值，如果積分作用強(qiáng)于比例作用，則控制器輸出不會(huì)下降。在t=t2時(shí)，壓力達(dá)到設(shè)定值，從t2以后，偏差反向，積分作用和比例作用都使控制器輸出減小，不過(guò)在輸出氣壓未降到100KPa以前，閥門(mén)仍然是全關(guān)的。也就是說(shuō)，

17、在t2t3這段時(shí)間，控制器仍然沒(méi)有起到它應(yīng)該的作用。(a)壓力放空系統(tǒng)圖79 壓力安全放空系統(tǒng)中的積分飽和(a) 積分飽和現(xiàn)象 直到tt3后，閥門(mén)才開(kāi)始打開(kāi)。這一時(shí)間上的推遲，使初始偏差加大，也使以后控制中的動(dòng)態(tài)偏差加大，甚至引起危險(xiǎn)。這種積分過(guò)量的現(xiàn)象，就稱(chēng)作積分飽和。 如果考慮在起源中斷時(shí)不用出現(xiàn)大量放空，改用氣開(kāi)閥，控制器改為正作用，情況也不能改善。控制器的輸出不僅降到20KPa以下，而是會(huì)降到接近大氣壓，積分過(guò)量仍然存在。(a)壓力放空系統(tǒng)圖79 壓力安全放空系統(tǒng)中的積分飽和(a) 積分飽和現(xiàn)象其他積分飽和情況其他積分飽和情況 一些簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)積分飽和情況，如在間歇式反應(yīng)釜的溫

18、度控制回路中，進(jìn)料的溫度較低，遠(yuǎn)離設(shè)定值，因此在初始階段正偏差較大，控制器輸出會(huì)達(dá)到積分極限，把加熱蒸汽開(kāi)足。而當(dāng)釜內(nèi)溫度達(dá)到和開(kāi)始超過(guò)設(shè)定值后，蒸汽閥仍不能及時(shí)關(guān)小，其結(jié)果是溫度大大超過(guò)設(shè)定值，使動(dòng)態(tài)偏差加大，控制質(zhì)量變差。 凡是長(zhǎng)期存在偏差的系統(tǒng)容易出現(xiàn)積分飽和。有些復(fù)雜控制系統(tǒng)積分飽和甚至?xí)鼑?yán)重。防止積分飽和措施防止積分飽和措施 積分飽和引起控制作用的延遲甚至失靈，對(duì)控制系統(tǒng)造成危害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生事故。 一種解決辦法就是使得控制器實(shí)現(xiàn)PI-P控制規(guī)律，即當(dāng)控制器的輸出在某范圍之內(nèi)時(shí)，是PI作用，能消除余差；而當(dāng)輸出超過(guò)某限值時(shí)，是P作用。（1）微分控制規(guī)律。 其輸出正比于輸入對(duì)時(shí)間的導(dǎo)

19、數(shù)。TD為微分時(shí)間常數(shù)。傳遞函數(shù)：3 3、比例微分控制（、比例微分控制（PDPD）分析分析dt)t (deT)t (uDsT)s(E)s(U)s(GDc(7-11)(7-12) 理想微分控制器在階躍偏差信號(hào)作用下的開(kāi)環(huán)輸出特性如圖710所示。微分控制器的輸出只與偏差的變化速度有關(guān)，而與偏差存在與否無(wú)關(guān)。因此，純粹的微分控制作用是無(wú)意義的，一般都將微分控制作用與比例控制結(jié)合起來(lái)使用。圖710 理想微分開(kāi)環(huán)輸出特性 理想微分控制器在階躍偏差信號(hào)作用下的開(kāi)環(huán)輸出特性如圖710所示。微分控制器的輸出只與偏差的變化速度有關(guān)，而與偏差存在與否無(wú)關(guān)。因此，純粹的微分控制作用是無(wú)意義的，一般都將微分控制作用與

20、比例控制結(jié)合起來(lái)使用。 理想的比例微分控制規(guī)律是： 傳遞函數(shù)為：其中：TD為微分時(shí)間（2 2）比例微分控制規(guī)律）比例微分控制規(guī)律dt)t (deT)t ( eK)t (uDC)sT(K)s(E)s(U)s(GDCc1(7-13)(7-14) 理想的比例微分控制器在制造上很困難（不能實(shí)現(xiàn)），工業(yè)上都是使用實(shí)際比例微分控制規(guī)律，其數(shù)學(xué)表示為： 傳遞函數(shù)為（KD為微分增益）實(shí)際比例微分控制規(guī)律實(shí)際比例微分控制規(guī)律dt)t (deT)t ( eK)t (udt)t (udKTDCDD11sKT)sT(K)s(E)s(U)s(GDDDCc(7-15)(7-16) 在幅度為A的階躍偏差作用下，實(shí)際PD控制

21、器的輸出為： 其中T=TD/KD。其開(kāi)環(huán)輸出特性如圖712所示。)Ttexp()K(AKAK)t (uDCC1(7-17)圖712 階躍偏差作用下時(shí)間比例微分開(kāi)環(huán)輸出 在偏差跳變瞬間，輸出跳變幅度為比例輸出的KD倍，即KDKCA，然后按指數(shù)規(guī)律下降，最后當(dāng)t趨向無(wú)窮大時(shí)，僅有比例輸出KCA。因此決定微分作用的有兩個(gè)因素:一個(gè)是開(kāi)始跳變幅度的倍數(shù)，用KD來(lái)衡量另一個(gè)是降下來(lái)所需要的時(shí)間，用微分時(shí)間TD來(lái)衡量。 輸出跳得越高，或降得越慢，表示微分作用越強(qiáng)。 微分增益KD是固定不變的，只與控制器的類(lèi)型有關(guān)。電動(dòng)控制器的KD一般是510。如果KD=1，則等同于比例控制。KD1稱(chēng)為反微分器，它的控制作用

22、反而減弱。這種反微分控制器運(yùn)用于噪聲較大的系統(tǒng)中，會(huì)取較好的濾波效果。 微分時(shí)間TD是可調(diào)的。測(cè)定微分時(shí)間時(shí)，先測(cè)階躍信號(hào)A作用下比例微分輸出從KDKCA下降到KCA+0.368KCA(KD-1)所經(jīng)歷的時(shí)間t，此時(shí)t=TD/KD，再將該時(shí)間乘以微分增益KD即可。 由于微分在輸入偏差變化的瞬間就有由于微分在輸入偏差變化的瞬間就有較大的輸出響應(yīng)，因此微分控制被認(rèn)為是較大的輸出響應(yīng)，因此微分控制被認(rèn)為是超前控制超前控制。 實(shí)際使用中，微分作用往往與比例積分組合成PID控制規(guī)律。圖713 實(shí)際比例微分控制器微分時(shí)間測(cè)定4 4、比例積分微分控制（、比例積分微分控制（PIDPID）（1）PID控制規(guī)律

23、理想的PID控制規(guī)律見(jiàn)公式（71）和（72），實(shí)際的PID控制規(guī)律較復(fù)雜。 在幅度為A的階躍偏差作用下，實(shí)際的PID控制可看作是比例、積分、微分三部分作用的疊加：其開(kāi)環(huán)特性如圖714所示。)TtKexp()K(TtAK)t (uDDDIC11圖714 階躍偏差作用下PID控制器開(kāi)環(huán)輸出（2）微分時(shí)間）微分時(shí)間TD對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響 在負(fù)荷變化劇烈、擾動(dòng)幅度較大或過(guò)程容量滯后較大的系統(tǒng)中，適當(dāng)引入微分作用，可在一定程度上提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。因?yàn)楫?dāng)控制器在感受到偏差后再進(jìn)行控制，過(guò)程已經(jīng)受到較大幅度擾動(dòng)的影響，或擾動(dòng)已經(jīng)進(jìn)入系統(tǒng)一段時(shí)間，而引入微分作用后，當(dāng)被控變量一有變化，

24、根據(jù)變化趨勢(shì)適當(dāng)加大控制器的輸出，有利于克服擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響，抑制偏差的增長(zhǎng)，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 如果要求引入微分作用后仍然保持原來(lái)的衰減比，則可適當(dāng)減小控制器的比例度，一般可減小15%左右，從而使得系統(tǒng)的控制指標(biāo)得到全面的改善。但是若微分作用太強(qiáng)，即TD太大，反會(huì)引起系統(tǒng)振蕩，必須注意這一點(diǎn)。 測(cè)量中有顯著噪聲時(shí)，如流量測(cè)量信號(hào)中常有不規(guī)則的高頻噪聲，則不宜引入微分作用，有時(shí)反而需要反微分作用。 微分時(shí)間TD對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響如圖715所示。若TD太小，則對(duì)系統(tǒng)的控制指標(biāo)沒(méi)有或影響很小，如圖中曲線1選取適當(dāng)?shù)腡D，系統(tǒng)的控制指標(biāo)將得到全面的改善，如曲線2所示。若TD過(guò)大，即引入太強(qiáng)

25、的微分作用，反而可能導(dǎo)致系統(tǒng)劇烈振蕩，如曲線3所示。圖715 不同TD下的控制過(guò)程 微分時(shí)間TD對(duì)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響如圖715所示。若TD太小，則對(duì)系統(tǒng)的控制指標(biāo)沒(méi)有或影響很小，如圖中曲線1選取適當(dāng)?shù)腡D，系統(tǒng)的控制指標(biāo)將得到全面的改善，如曲線2所示。若TD過(guò)大，即引入太強(qiáng)的微分作用，反而可能導(dǎo)致系統(tǒng)劇烈振蕩，如曲線3所示。PID控制規(guī)律的應(yīng)用控制規(guī)律的應(yīng)用 PID控制器有比例度 、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD三個(gè)參數(shù)可供調(diào)整，因此適用范圍廣，在溫度和成分分析系統(tǒng)的控制中得到更為廣泛的應(yīng)用。 PID控制規(guī)律綜合了各種控制規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的控制性能，但這并不意味著它在任何情況下都適用，必須根據(jù)

26、工藝要求，選擇最為合適的控制規(guī)律。 各類(lèi)化工過(guò)程常用的控制規(guī)律。液位：一般要求不高，用P或PI控制規(guī)律。流量：時(shí)間常數(shù)小，測(cè)量信號(hào)中有噪聲，用PI或加反微分控制規(guī)律。壓力：介質(zhì)為液體的時(shí)間常數(shù)小，介質(zhì)為氣體的時(shí)間常數(shù)中等，用P或PI控制規(guī)律。溫度：容量滯后大，用PID控制規(guī)律。（3 3）PIDPID控制器的構(gòu)成控制器的構(gòu)成 PID的構(gòu)成有幾種方式：電動(dòng)型控制器中，將P、I、D環(huán)節(jié)直接在反饋網(wǎng)絡(luò)中串接。電動(dòng)型控制器以及數(shù)字式控制器中采用PD或PI電路相串接的形式。在串接中，一般認(rèn)為PD接在PI之前較為合適。 圖716(a)的接法可以適當(dāng)減輕積分飽和程度，因?yàn)槲⒎肿饔门c偏差極性無(wú)關(guān)，只要有偏差變化

27、，它總能使輸出變化，由正值變?yōu)樨?fù)值或反之，使使PI單元早一些起變化單元早一些起變化（積分作用有滯后性，而微分作用有超前（積分作用有滯后性，而微分作用有超前性）性）。而積分作用則不然，其輸出變化與極性有關(guān)，當(dāng)達(dá)到積分飽和后，雖然偏差有變化，若極性不變，控制器輸出仍然處于最大或最小，對(duì)控制不利。見(jiàn)圖79和717分析。圖716 部分PID單元接法示意圖(a)(b) 圖716(b)是將PD單元接在變送器之后而在比較機(jī)構(gòu)之前，即只對(duì)測(cè)量值y有微分作用，而對(duì)設(shè)定值r不直接進(jìn)行微分。這種方式稱(chēng)為微分先行。當(dāng)設(shè)定值改變時(shí)，不會(huì)使控制器輸出產(chǎn)生跳變，避免了設(shè)定值繞定，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定，如圖718分析所示。圖718 微分作用在不同通道時(shí)控制差異（設(shè)定值變化）(a)微分加在偏差通道(a)微分加在測(cè)量通道圖717 減小積分飽和的PID接法分析二、離散二、離散PIDPID控制算法控制算法 數(shù)字式控制器和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，對(duì)每個(gè)控制回路的被控變量處理在時(shí)間上是離散（斷續(xù)）進(jìn)行的，其特點(diǎn)是采樣控制，如圖719所示。每個(gè)被控變量的測(cè)量值與設(shè)定值比較一次，按照預(yù)定的控制算法得到輸出，通常把它保持到下一個(gè)采樣時(shí)刻。因此連續(xù)PID控制算法要改成離散PID控制算法。圖719 通過(guò)采樣器和A/D進(jìn)行數(shù)