PID調節(jié)原理.ppt

1、回顧PID調節(jié)原理，PID控制的優(yōu)點是原理簡單，使用方便；適應性強；魯棒性強；控制質量對受控對象特性的變化不敏感。減少對模型的依賴。比例調節(jié)的特點是：(1)比例調節(jié)的輸出增量與輸入增量成正比關系，即u=K e (2)比例調節(jié)反應速度快，輸出與輸入同步，無時滯，動態(tài)特性好。(3)由于比例調整，調整后的參數(shù)不能完全返回給定值，導致殘差。如果物體穩(wěn)定(物體的靜態(tài)放大系數(shù)小，時間常數(shù)不太大，滯后小)，比例帶可以選擇較小，這樣可以提高系統(tǒng)的靈敏度，加快反應速度；相反，如果物體的放大倍數(shù)越大，時間常數(shù)越小，滯后時間越大，則可以選擇比例帶來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般來說，比例帶的范圍大致如下：壓力調節(jié)：30.7

2、0%流量調節(jié)：40.100%液位調節(jié)：20.80%溫度調節(jié)：20.60%。積分調節(jié)的特點是只要偏差不為零，控制輸出就不為零，所以必須動作使調節(jié)量的靜態(tài)差完全。調節(jié)器的輸出可以停止在任意值，即在負荷擾動下：被控對象的調節(jié)過程結束后，調節(jié)量沒有剩余差，而調節(jié)閥可以在新負荷要求的開度處停止。積分調節(jié)的穩(wěn)定性它的穩(wěn)定性比P調節(jié)差，用積分調節(jié)不可能得到一個穩(wěn)定的系統(tǒng)。K=2 K=0.2，積分調節(jié)的滯后，其滯后特性使得很難及時控制干擾，所以工業(yè)上很少單獨使用積分調節(jié)，而且基本上是用積分調節(jié)代替純積分調節(jié)。積分速度(積分常數(shù))對調節(jié)過程的影響：增加積分速度會加快調節(jié)閥的速度，但會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當積分速度

3、超過某一臨界值時，整個系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，出現(xiàn)發(fā)散振蕩過程。S0越大，調節(jié)閥移動越快，越容易引起和加劇振蕩，最大動態(tài)偏差越小。當積分速度降低時，調節(jié)閥的速度變慢，導致系統(tǒng)穩(wěn)定性增加，但調節(jié)速度變慢。當積分常數(shù)小至某一臨界值時，調節(jié)過程變成非振蕩過程。無論積分速度是提高還是降低，調整后的量最終都沒有殘差。圖4.7積分速度S0對調整過程的影響，圖4.8比例調整和積分調整過程的比較表明，比例調整沒有殘余誤差，但超調量大，不如比例調整穩(wěn)定。比例調整和積分調整的比較：比例調整是微分調整。積分調整是非微分調整。比例調整可以立即響應偏差變化。調整過程緩慢。當調整后的參數(shù)突然有較大偏差時，比例調節(jié)可以立即按比例打

4、開調節(jié)閥的開度。然而，整體調節(jié)器需要一定的時間來打開或減小調節(jié)閥的開度。如果系統(tǒng)干擾頻繁，積分調整將非常弱。單一的整體調節(jié)系統(tǒng)很少見。作為一種輔助調節(jié)規(guī)則，它與比例調節(jié)一起構成比例積分調節(jié)規(guī)則。D調節(jié)的階躍響應和微分調節(jié)的思想：微分調節(jié)只與偏差的變化成正比，偏差變化越大，微分調節(jié)器給出的控制效果越大，從而抑制了偏差的時間增加，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。差動調整P和I的特性根據(jù)調整后的參數(shù)和給定值之間的偏差(即偏差的方向和大小被調整)來起作用。微分調節(jié)是基于偏差信號的微分，即偏差變化的速度。一旦出現(xiàn)偏差，監(jiān)管機構將立即采取行動，以實現(xiàn)實際的調節(jié)器有某些故障區(qū)域。如果調節(jié)誤差變化緩慢，調節(jié)器無法檢測到，

5、則純差動調節(jié)器不會動作，調節(jié)誤差會不斷累積，但無法校正。PID是比例、積分和微分的縮寫，比例輸出與偏差成正比。積分的輸出變化速度與偏差成正比。差動動作的輸出與偏差變化的速度成比例。比例調節(jié)功能：按比例反映系統(tǒng)的偏差。一旦系統(tǒng)中出現(xiàn)偏差，比例調節(jié)將立即產生調節(jié)功能以減少偏差。比例起著很大的作用，可以加快調整速度，減少誤差。然而，過高的比例會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。比例調節(jié)K的變化對控制效果的影響，積分調節(jié)的作用是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無誤差程度。因為存在誤差，所以進行積分調整，直到沒有誤差，停止積分調整，并且積分調整輸出恒定值。integraTion的強度取決于積分時間常數(shù)ti

6、，ti越小，積分越強。相反，如果鈦大，積分函數(shù)就弱。增加積分調節(jié)會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)的動態(tài)響應。積分常常與另外兩種調節(jié)規(guī)律結合形成比例積分調節(jié)器或比例積分調節(jié)器。；因此，可以提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。當正確選擇差動時間時，過沖和調整時間可以減少。差動動作會放大噪聲干擾，因此過強的差動調整不利于系統(tǒng)抗干擾。此外，微分反應是變化率，當輸入不變時，微分輸出為零。微分作用不能單獨使用，需要與其他兩種調節(jié)規(guī)律結合形成局部放電或PID控制器。1.比例積分調節(jié)積分調節(jié)可以消除靜態(tài)誤差，但存在滯后現(xiàn)象，而比例調節(jié)沒有滯后現(xiàn)象，但存在靜態(tài)誤差。PI調節(jié)是綜合P調節(jié)和I調節(jié)的優(yōu)點，用P調節(jié)快速抵消干擾的影響，用

7、I調節(jié)消除殘余誤差。比例積分微分調節(jié)，殘余誤差的消除是比例積分調節(jié)器積分作用的結果。積分部分的閥位輸出使調節(jié)閥的開度最終達到抵消擾動所需的位置。比例部分的閥位輸出Up在調節(jié)過程的初始階段起著重要的作用，但是在調節(jié)過程之后回到擾動發(fā)生之前的值。比例積分調節(jié)過程中，比例積分調節(jié)引入積分作用來消除系統(tǒng)殘余誤差，但降低了原系統(tǒng)的穩(wěn)定性。調整過程中的超調趨勢隨著比例增益的增加和積分時間的減少而增加，因此比例積分調整的比例增益應設置得小于純比例積分調整的比例增益，積分時間的設置應受到限制。在比例帶恒定的條件下，減小積分時間ti會降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加劇振蕩，加快調節(jié)過程，增加振蕩頻率。圖4.12不同積分

8、時間的PI控制系統(tǒng)響應過程。比例積分調節(jié)的特點：比例調節(jié)具有響應快、無滯后的優(yōu)點，可以加快調節(jié)速度，縮短調節(jié)時間；積分調節(jié)具有消除靜態(tài)誤差的優(yōu)點。對于一般調整對象，可采用比例積分調整，比例帶和積分時間可適當選擇，基本能滿足生產工藝要求。局部放電調節(jié)也是一種差動調節(jié)。在穩(wěn)定狀態(tài)下，dedt0和PD調節(jié)器的差分輸出為零，因此此時PD調整與P調整相同。差動調節(jié)可以提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。微分調節(jié)總是試圖抑制調節(jié)量的振蕩。當TD超過某個上限時，系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。適度引入差別動作c比例差動調節(jié)的特點是，差動調節(jié)也有缺點：過強的差動作用容易導致調節(jié)閥兩端的開度飽和。比例作用始終是局部放電調節(jié)的主要作用，微分作用只能起到輔助調節(jié)的作用。局部放電調節(jié)器抗干擾能力差，只能在調節(jié)量變化非常穩(wěn)定的過程中使用，一般不用于流量和液位控制系統(tǒng)。差分調整操作對于純延遲過程無效。比例微分調節(jié)的特性(續(xù))、圖4.18比例微分調節(jié)系統(tǒng)與局部放電調節(jié)系統(tǒng)的比較、圖4.19局部放電控制系統(tǒng)在不同微分時間的響應過程、調節(jié)器動作規(guī)律的選擇應基于對象特性、負載變化、主要擾動和系統(tǒng)控制要求、系統(tǒng)經濟性和系統(tǒng)輸入便利性。例如，對象的時間常數(shù)(延遲)，