單回路控制系統(tǒng)PID調節(jié)

1、.蒂蚇羋葿蚅羂膄蒈螇螅肀蕆蕆羀羆肄蕿螃袂肅蟻罿膁膂莁螁肇膁蒃羇羃膀蚆螀罿膀螈蚃羋腿蒈袈膄膈薀蟻肀膇螞袆羅膆莂蠆袁芅蒄裊膀芄薇蚇肆芄蝿袃肂芃蒈螆羈節(jié)薁羈襖芁蚃螄膃芀莃罿聿艿蒅螂羅莈薇羈袁莈蝕螁腿莇荿薃膅莆薂衿肁蒞蚄螞羇莄莄袇袃莃蒆蝕膂莂薈裊肈蒂蟻蚈羄蒁莀襖袀蒀蒂蚇羋葿蚅羂膄蒈螇螅肀蕆蕆羀羆肄蕿螃袂肅蟻罿膁膂莁螁肇膁蒃羇羃膀蚆螀罿膀螈蚃羋腿蒈袈膄膈薀蟻肀膇螞袆羅膆莂蠆袁芅蒄裊膀芄薇蚇肆芄蝿袃肂芃蒈螆羈節(jié)薁羈襖芁蚃螄膃芀莃罿聿艿蒅螂羅莈薇羈袁莈蝕螁腿莇荿薃膅莆薂衿肁蒞蚄螞羇莄莄袇袃莃蒆蝕膂莂薈裊肈蒂蟻蚈羄蒁莀襖袀蒀蒂蚇羋葿蚅羂膄蒈螇螅肀蕆蕆羀羆肄蕿螃袂肅蟻罿膁膂莁螁肇膁蒃羇羃膀蚆螀罿膀螈蚃羋腿蒈袈膄

2、膈薀蟻肀膇螞袆羅膆莂蠆袁芅蒄裊膀芄薇蚇肆芄蝿袃肂芃蒈螆羈節(jié)薁羈襖芁蚃螄膃芀莃罿聿艿蒅螂羅莈薇羈袁莈蝕螁腿莇荿薃膅莆薂衿肁蒞蚄螞羇莄莄袇袃莃蒆蝕膂莂薈裊肈蒂蟻蚈羄蒁莀襖袀蒀蒂蚇羋葿蚅羂膄蒈螇螅肀蕆蕆羀羆肄蕿螃袂肅蟻罿膁膂莁螁肇膁蒃羇羃膀蚆螀罿膀螈蚃羋腿蒈袈膄膈薀蟻肀膇螞袆羅膆莂蠆袁芅蒄裊膀芄薇蚇肆芄蝿袃肂芃蒈螆羈節(jié)薁羈襖芁蚃螄膃芀莃罿聿艿蒅螂羅莈薇羈袁莈蝕螁腿莇荿薃膅莆薂衿肁蒞蚄螞羇莄莄袇袃莃蒆蝕膂 自動控制仿真調試材料李 軍山東電力研究院熱控所2010-7-29單回路控制系統(tǒng)的PID調節(jié)一、自動控制系統(tǒng)簡介 (1)自動控制：在沒有人直接參與的情況下，利用控制器使被控對象的被控量自動地按預先給定

3、的規(guī)律去進行。(2)自動控制系統(tǒng)：是由起控制作用的自動控制裝置和被控制器控制的生產設備通過信號的傳遞、聯系所構成的系統(tǒng)。簡言之，就是指被控對象和控制裝置的總體。 被控對象自動控制系統(tǒng) 測量單元 控制設備（控制器） 控制單元 執(zhí)行單元在一般情況下，被控對象的動態(tài)特性是不便于人為地加以改變的。為了得到滿意的控制過程，總是根據被控對象的動態(tài)特性選擇合適控制器的控制規(guī)律。單回路控制系統(tǒng)方框圖的一般形式如下圖所示，它是由被控對象、執(zhí)行器、調節(jié)器（控制器）和測量變送器組成一個單閉環(huán)控制系統(tǒng)。二、三種基本控制作用：P、I、D （一）比例控制作用 定義：比例控制作用是指控制器的輸出與輸入成比例關系。 動態(tài)方程

4、式 (t)執(zhí)行機構位移 e(t)給定值與被控量的偏差，e(t)=g-y(t)Kp比例系數或比例增益 比例帶Kp越小，即越大，控制器的動作幅度越小，控制過程越穩(wěn)定，但被控量的靜態(tài)偏差越大；反之，Kp越大，即越小，動作幅度越大，靜態(tài)偏差減小，但控制過程容易出現震蕩，穩(wěn)定性差。用傳遞函數表示為 e(t)t 1t(t) Kp 動作規(guī)律：Kp固定時，偏差愈大，執(zhí)行機構輸出位移(t)也愈大；偏差e(t)的變化速度d e(t)/dt愈大，執(zhí)行機構輸出位移的速度d(t) /dt也愈大控制特點：優(yōu)點：動作速度快，對于干擾有及時和很強的控制作用；缺點：存在靜態(tài)偏差，是有差調節(jié)，對于大多數慣性環(huán)節(jié)，Kp過大，會引起

5、自激振蕩。因此對于擾動較大，且慣性也較大的系統(tǒng)，很難兼顧動態(tài)和靜態(tài)特性。（二）積分控制作用定義：積分控制作用是指執(zhí)行機構的位移量的變化速度d(t) /dt與偏差信號e(t)成比例的作用。動態(tài)方程式 Ti積分時間常數（Ti在分母上。Ti表示積分速度的快慢，Ti越大，積分速度越慢，積分作用越弱；反之，Ti越小，積分作用越快，積分作用越強）用傳遞函數表示為 若e(t)為單位階躍響應， （為一斜坡函數）e(t)t1Ti(t) 從上圖可以看出，輸出(t)經過Ti時間才達到與輸入值大小相等，延遲了Ti個時間。動作規(guī)律：只要被控對象的被控量不等于給定值（即偏差e存在），那么執(zhí)行機構就會不停動作，而且偏差e的

6、數值越大，執(zhí)行機構的移動速度d(t) /dt就越大，只有e0時，即偏差消失時，執(zhí)行機構才停止動作。控制特點：優(yōu)點：控制過程結束時，被控量一定是無差的，引用積分作用可消除被控量的偏差；缺點：積分作用是隨時間而逐漸加強的，與比例作用相比過于遲緩，有延遲，輸出對輸入的反映是有“滯后”的，使控制不及時；同時由于誤差調節(jié)的變化總是落后于誤差的變化，因此會使控制過程變得振蕩，甚至不穩(wěn)定。（三）微分控制作用定義：指執(zhí)行機構的位移量(t)與被控量的偏差e(t)的變化率成正比的作用。動態(tài)方程式 Td積分時間常數用傳遞函數表示為 1、 若e(t)為單位階躍，則由于階躍信號在t=0時刻有一個階躍，其他時刻均不變化所

7、以微分環(huán)節(jié)對階躍信號的響應只在t=0時產生一個響應脈沖。te(t)t(t)Td 1 2、 若e(t)為勻速變化輸入（起始點不為零的斜坡函數），則由 e(t)t 可得 t(t)Td 響應過程一開始，(t)就達到并保持為Td的數值，而e(t)需經過Td的時間才能上升到Td的數值。動作規(guī)律：在控制過程剛開始時，被控量的偏差很小，但其變化速度卻很大，可預見偏差變化的趨勢，使執(zhí)行機構產生一個較大的位移，在偏差還沒有形成之前，已被微分調節(jié)作用消除?？刂铺攸c： 優(yōu)點：與比例和積分控制作用相比，具有起始超前和加強控制的作用，能有效減少控制過程的動態(tài)偏差。缺點：當控制結束，即偏差e的變化速度等于0時，微分作用的

8、輸出也將為0，即執(zhí)行機構的位置最后總是恢復到原來的數值，這就不能適應負荷的變化，不能滿足控制的需要。（只有單純微分作用的控制器是不能使用的，它只是控制器控制作用的一個組成部分。）（四）三種控制作用的比較 曲線1是配比例控制器的控制過程。由于比例控制規(guī)律具有控制及時的特點 ，所以控制過程時間較曲線2短，動態(tài)偏差也較小，因此控制過程結束存在靜態(tài)偏差。通過減小控制器的比例系數可減小靜態(tài)偏差，但會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。曲線3是配比例積分控制器的控制過程。由于積分控制規(guī)律能消除靜態(tài)偏差，所以控制作用能最終消除擾動對被調量的影響，實現無差控制。然而積分作用的控制不及時，又使控制過程的動態(tài)偏差加大，過渡過程時

9、間加長（與曲線1相比），相對而言系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。因此，積分作用引入到比例控制器后，控制器的比例帶應適當加大（減少Kp），以彌補積分作用對控制過程穩(wěn)定性的影響。曲線5是配比例積分微分控制器的控制過程。微分控制是一種超前控制方式，其實質是阻止被控量的一切變化。適當的微分作用可收到減小動態(tài)偏差，縮短控制過程時間的效果，這樣在采用比例積分微分控制器時，又可適當減小比例帶和積分時間。三、三種基本控制作用小結優(yōu) 點缺 點比例作用動作速度快，能使控制過程趨于穩(wěn)定單獨使用時，產生靜態(tài)偏差積分作用能使被控量無靜態(tài)偏差單獨使用時，會使控制過程變得振蕩，甚至不穩(wěn)定微分作用能有效的減少動態(tài)偏差不能單獨使用比例控制作

10、用是最基本的控制作用，而積分和微分作用為輔助控制作用。比例作用貫徹于整個控制過程之中，積分作用則體現在控制過程的后期，用以消除靜態(tài)偏差，微分作用則體現在控制過程的初期。四、PID的整定口訣參數整定找最佳， 從小到大順序查。先是比例后積分， 最后再把微分加。曲線振蕩很頻繁， 比例度盤要放大。曲線漂浮繞大彎， 比例度盤往小扳。曲線偏離回復慢， 積分時間往下降。曲線波動周期長， 積分時間再加長。曲線振蕩頻率快， 先把微分降下來。動差大來波動慢， 微分時間應加長。理想曲線兩個波， 前高后低四比一。一看二調多分析， 調節(jié)質量不會低。例1、曲線振蕩很頻繁， 比例度盤要放大（增大，即Kp減?。├?、曲線波動

11、周期長，積分時間再加長（Ti增大，即降低積分作用） 羅肁莈薀羄膃膁蒆羃袃莆莂羂肅腿螁羂膇蒅蚇羈芀芇薃羀罿蒃葿薆肂芆蒞薅膄蒁蚃蚅襖芄蕿蚄羆葿蒅蚃膈節(jié)蒁螞芀膅螀蟻羀莁蚆蝕肂膃薂蠆膅荿蒈蠆襖膂莄螈羇莇蚃螇聿膀蕿螆芁蒞薅螅羈羋蒁螄肅蒄莇螃膆芆蚅螃裊蒂薁螂羈芅蕆袁肀蒀莃袀膂芃螞衿羂肆蚈袈肄莁薄袈膆膄蒀袇袆莀莆袆羈膂蚄羅肁莈薀羄膃膁蒆羃袃莆莂羂肅腿螁羂膇蒅蚇羈芀芇薃羀罿蒃葿薆肂芆蒞薅膄蒁蚃蚅襖芄蕿蚄羆葿蒅蚃膈節(jié)蒁螞芀膅螀蟻羀莁蚆蝕肂膃薂蠆膅荿蒈蠆襖膂莄螈羇莇蚃螇聿膀蕿螆芁蒞薅螅羈羋蒁螄肅蒄莇螃膆芆蚅螃裊蒂薁螂羈芅蕆袁肀蒀莃袀膂芃螞衿羂肆蚈袈肄莁薄袈膆膄蒀袇袆莀莆袆羈膂蚄羅肁莈薀羄膃膁蒆羃袃莆莂羂肅腿螁羂膇蒅蚇羈芀芇薃羀罿蒃葿薆肂芆蒞薅膄蒁蚃蚅襖芄蕿蚄羆葿蒅蚃膈節(jié)蒁螞芀膅螀蟻羀莁蚆蝕肂膃薂蠆膅荿蒈蠆襖膂莄