PID控制(一)[共23頁]

1、PIDPID控制原理（一）控制原理（一）1內(nèi)容簡(jiǎn)介內(nèi)容簡(jiǎn)介 1 1，PIDPID控制的特點(diǎn)控制的特點(diǎn)2 2，比例調(diào)節(jié)，比例調(diào)節(jié)3 3，比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶，比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶4 4，比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)5 5，比例帶對(duì)于調(diào)節(jié)過程的影響，比例帶對(duì)于調(diào)節(jié)過程的影響2PIDPID控制的特點(diǎn)控制的特點(diǎn) PID 控制是比例積分微分控制 （Proportional-Integral-Differential） 歷史最久、應(yīng)用最廣，適應(yīng)性最強(qiáng)的控制方式 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，PID控制算法占85%90%。3PID 反饋控制控制器執(zhí)行器被控對(duì)象測(cè)量/變送器-+目標(biāo)誤差輸出廣義對(duì)象PIDPI

2、D控制的特點(diǎn)控制的特點(diǎn)4 常規(guī)PID控制系統(tǒng)的原理輸入：控制偏差輸入：控制偏差e e ( ( t t ) = ) = r r ( ( t t ) - ) - y y ( ( t t ) ) 輸出：偏差的比例輸出：偏差的比例(P)(P)、積分、積分(I)(I)和微分和微分(D)(D)的線性組的線性組合合 PIDPID控制的特點(diǎn)控制的特點(diǎn)5PIDPID控制具有以下優(yōu)點(diǎn)控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單，使用方便。適應(yīng)性強(qiáng)，可以廣泛應(yīng)用于化工、熱工、冶金、煉油以及造紙、建材等各種生產(chǎn)部門。魯棒性強(qiáng)，即其控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象特性的變化不大敏感。對(duì)模型依賴少。 按 PID控制進(jìn)行工作的自動(dòng)調(diào)節(jié)器早已商品化。PID

3、PID控制的特點(diǎn)控制的特點(diǎn)6 在過程控制中，絕大部分都采用 PID控制。例外的情況有兩種。 一種是被控對(duì)象易于控制而控制要求又不高的，可以采用更簡(jiǎn)單的開關(guān)控制方式。 另一種是被控對(duì)象特別難以控制而控制要求又特別高的情況，這時(shí)如果 PID控制難以達(dá)到生產(chǎn)要求就要考慮采用更先進(jìn)的控制方法。PIDPID控制的特點(diǎn)控制的特點(diǎn)7比例調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)(P(P調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)) ) 比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶 比例控制的特點(diǎn) 比例帶對(duì)控制過程的影響8比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶 在 P調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u與偏差信號(hào)e成比例，即 uKce 式中，Kc稱為比例增益(視情況可設(shè)置為正或負(fù))。9

4、在實(shí)際應(yīng)用中，由于執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)（如閥門開度）有限，控制器的輸出u(t)也就被限制在一定的范圍之內(nèi)， 換句話說，在Kc較大時(shí)，偏差e(t)僅在一定的范圍內(nèi)與控制器的輸出保持線性關(guān)系。比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶10圖中說明了偏差與輸出之間保持線性關(guān)系的范圍圖中偏差在-50%-50%范圍變化時(shí)，如果Kc=1，則控制器輸出u(t)變化在0100%范圍（對(duì)應(yīng)閥門的全關(guān)到全開），并與輸入e(t)之間保持線性關(guān)系。Kc1時(shí)，制器輸出u(t)與輸入e(t)之間的線性關(guān)系只在-50%/Kc50%/Kc滿足。比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶11比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例

5、帶比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶 當(dāng)|e(t)|超出該范圍時(shí)，控制器輸出具有飽和特性，保持在最小或最大值。 因此，比例控制有一定的應(yīng)用范圍，超過該范圍時(shí)，控制器輸出與輸入之間不成比例關(guān)系。 這表明，從局部范圍看，比例控制作用表示控制輸出與輸入之間是線性關(guān)系，但從整體范圍看，兩者之間是非線性關(guān)系。12 P P調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng) P調(diào)節(jié)對(duì)偏差信號(hào)能做出及時(shí)反應(yīng)，沒有絲毫的滯后。 輸出u實(shí)際上是對(duì)其起始值的增量。因此，當(dāng)偏差e為零，因而u0時(shí)，并不意味著調(diào)節(jié)器沒有輸出，它只說明此時(shí)有u=u0。u0的大小是可以通過調(diào)整調(diào)節(jié)器的工作點(diǎn)加以改變的。0u0+Kceu0u = Kc e比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律

6、和比例帶比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶13比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶%100| /| /minmaxminmaxuuueee,maxminee,maxminuu2 2比例帶及其物理意義比例帶及其物理意義 比例帶的定義比例帶的定義 在過程控制中，通常用比例度表示控制輸出與偏差成在過程控制中，通常用比例度表示控制輸出與偏差成線性關(guān)系的比例控制器輸入（偏差）的范圍。因此，比例線性關(guān)系的比例控制器輸入（偏差）的范圍。因此，比例度又稱為比例帶，其定義為度又稱為比例帶，其定義為式中，式中，為偏差信號(hào)范圍，即儀表的量程；為偏差信號(hào)范圍，即儀表的量程；為控制器輸出信號(hào)范圍，即控制器輸出的

7、工作范圍。為控制器輸出信號(hào)范圍，即控制器輸出的工作范圍。14比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶 如果采用單元組合儀表，調(diào)節(jié)器的輸入和輸出都是統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，即 ，則有 此時(shí)比例帶（比例度）與比例增益成反比，比例帶小，則較小的偏差就能激勵(lì)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生100%的開度變化，相應(yīng)的比例增益就大。|uu|ee|minmaxminmax15比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶比例控制的調(diào)節(jié)規(guī)律和比例帶u u代表調(diào)節(jié)閥開度的變化量，代表調(diào)節(jié)閥開度的變化量，就代表使調(diào)節(jié)閥開度改變就代表使調(diào)節(jié)閥開度改變100% 100% 即從全關(guān)到全開時(shí)所需要的被調(diào)量的變化范圍。即從全關(guān)到全開時(shí)所需要的被調(diào)量的變化范圍。

8、 例如，若測(cè)量?jī)x表的量程為例如，若測(cè)量?jī)x表的量程為100100，則，則50% 50% 就表示就表示被調(diào)量需要改變被調(diào)量需要改變5050才能使調(diào)節(jié)閥從全關(guān)到全開。才能使調(diào)節(jié)閥從全關(guān)到全開。 當(dāng)被調(diào)量處在當(dāng)被調(diào)量處在“比例帶比例帶”以內(nèi)以內(nèi) 調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)節(jié)閥的開度( (變化變化) )才與偏差成比例。才與偏差成比例。 超出這個(gè)超出這個(gè)“比例帶比例帶”以外以外 調(diào)節(jié)閥已處于全關(guān)或全開的狀態(tài)，調(diào)節(jié)器的輸入與輸出調(diào)節(jié)閥已處于全關(guān)或全開的狀態(tài)，調(diào)節(jié)器的輸入與輸出已不再保持比例關(guān)系。已不再保持比例關(guān)系。16比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn) 比例調(diào)節(jié)的顯著特點(diǎn)就是有差調(diào)節(jié)。比例調(diào)節(jié)的顯著特點(diǎn)就是有差調(diào)節(jié)。 如果采

9、用比例調(diào)節(jié)，則在負(fù)荷擾動(dòng)下的調(diào)節(jié)過程結(jié)束如果采用比例調(diào)節(jié)，則在負(fù)荷擾動(dòng)下的調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，被調(diào)量不可能與設(shè)定值準(zhǔn)確相等，它們之間一定有后，被調(diào)量不可能與設(shè)定值準(zhǔn)確相等，它們之間一定有殘差。殘差。 因?yàn)楦鶕?jù)比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，只有調(diào)節(jié)器的輸入有變化因?yàn)楦鶕?jù)比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，只有調(diào)節(jié)器的輸入有變化, ,即被調(diào)量和設(shè)定值之間有偏差即被調(diào)量和設(shè)定值之間有偏差, ,調(diào)節(jié)器的輸出才會(huì)發(fā)生調(diào)節(jié)器的輸出才會(huì)發(fā)生變化。變化。17abeuKc這里的杠桿充當(dāng)了比例調(diào)節(jié)器：液位變化e是其輸入；閥桿位移u 是其輸出；調(diào)節(jié)器的比例增益為：該比例調(diào)節(jié)器是有余差的！余差的大小與比例增益有關(guān)，Kc大，余差小。液位比例控制系統(tǒng)示意圖比

10、例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)18 余差（或靜差）是指： 被調(diào)參數(shù)的新的穩(wěn)定值與給定值不相等而形成的差值。 余差的大小與調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)K或比例帶有關(guān) 放大系數(shù)越小，即比例帶越大，余差就越大； 放大系數(shù)越大，即比例帶越小，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，余差就越小。比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)19比例帶對(duì)于調(diào)節(jié)過程的影響比例帶對(duì)于調(diào)節(jié)過程的影響a)大 調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作幅度小，變化平穩(wěn)，甚至無超調(diào)，但余差大，調(diào)節(jié)時(shí)間也很長(zhǎng)b)減小 調(diào)節(jié)閥動(dòng)作幅度加大，被調(diào)量來回波動(dòng)，余差減小c)進(jìn)一步減小 被調(diào)量振蕩加劇d)為臨界值 系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)e)小于臨界值 系統(tǒng)不穩(wěn)定，振蕩發(fā)散 20比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)：（1）比例調(diào)節(jié)的輸出增量與輸入增量呈一一對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系，即：u = K e（2）比例調(diào)節(jié)反應(yīng)速度快，輸出與輸入同步，沒有時(shí)間滯后，其動(dòng)態(tài)特性好。（3）比例調(diào)節(jié)的結(jié)果不能使被調(diào)參數(shù)完全回到給定值，而產(chǎn)生余差。比例帶對(duì)于調(diào)節(jié)過程的影響比例帶對(duì)于