第九講單回路控制系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)

1、SDDY單回路控制系統(tǒng)的單回路控制系統(tǒng)的PIDPID調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 主講人：白健美主講人：白健美SDDY自動控制系統(tǒng)簡介自動控制系統(tǒng)簡介 自動控制：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(yù)先給定的規(guī)律去進(jìn)行。 自動控制系統(tǒng)：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(chǎn)設(shè)備通過信號的傳遞、聯(lián)系所構(gòu)成的系統(tǒng)。簡言之，就是指被控對象和控制裝置的總體。 SDDY自動控制系統(tǒng)簡介自動控制系統(tǒng)簡介SDDY自動控制系統(tǒng)簡介自動控制系統(tǒng)簡介 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(diào)節(jié)器（控制器）和測量變送器組成一個(gè)單閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2、系統(tǒng)的給定量是某一定值，要求系統(tǒng)的被控制量穩(wěn)定至給定量。由于這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能較好，調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)，故在工業(yè)生產(chǎn)中已被廣泛應(yīng)用。 SDDY自動控制系統(tǒng)簡介自動控制系統(tǒng)簡介 調(diào)節(jié)器（自動控制器）的控制規(guī)律主要指控制單元的動態(tài)特性，它直接影響著自動控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。 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(jù)被控對象的動態(tài)特性，選擇合適的調(diào)節(jié)器（控制器）的控制規(guī)律。 SDDY主要內(nèi)容主要內(nèi)容 三種基本控制作用三種基本控制作用 1 三種控制作用的比較三種控制作用的比較 2比例控制作用比例控制作用積分控制作用積分控制作用微分控制作用微分控制作用 P

3、IDPID參數(shù)的整定參數(shù)的整定 3SDDY三種基本控制作用三種基本控制作用 比例控制作用比例控制作用 (一一) 比例控制作用比例控制作用 定義：定義： 比例控制作用是指控制器的輸出與輸入成比例關(guān)系。 動態(tài)方程式動態(tài)方程式 用傳遞函數(shù)表示為用傳遞函數(shù)表示為 ) t (eK) t (p) t ( e1) t (pK11K) s (E) s () s (WppSDDY三種基本控制作用三種基本控制作用 比例控制作用比例控制作用 若e(t)為單位階躍響應(yīng)，則 e(t)1 tppK) t ( eK) t ( t(t) KpSDDY三種基本控制作用三種基本控制作用 比例控制作用比例控制作用 動作規(guī)律動作規(guī)律

4、 Kp固定時(shí)，偏差e(t)愈大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出位移(t)也愈大；偏差e(t)的變化速度de(t)/dt愈大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出位移的速度d(t) /dt也愈大 控制特點(diǎn)控制特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：動作速度快，對于干擾有及時(shí)和很強(qiáng)的控制作用； 缺點(diǎn)：是有差調(diào)節(jié)，存在靜態(tài)偏差，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。SDDY三種基本控制作用三種基本控制作用 積分控制作用積分控制作用 (二二) 積分控制作用積分控制作用 定義：定義： 積分控制作用是指執(zhí)行機(jī)構(gòu)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)方程式動態(tài)方程式 用傳遞函數(shù)表示為用傳遞函數(shù)表示為 tidtteTt0)

5、(1)()(1)(teTdttdisTsEssWiI1)()()(SDDY三種基本控制作用三種基本控制作用 積分控制作用積分控制作用 若e(t)為單位階躍響應(yīng)， 2iiIsT1s1sT1) s (E) s (W) s (tTsi1)(L) t (1e(t)t1(t)tTiSDDY三種基本控制作用三種基本控制作用 積分控制作用積分控制作用 動作規(guī)律動作規(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(jī)構(gòu)就會不停動作，而且偏差e的數(shù)值越大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的移動速度d(t) /dt就越大，只有e0時(shí)，即偏差消失時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)才停止動作。 控制特點(diǎn)控制特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：控制過程結(jié)束時(shí)，被控量一定是無

6、差的，引用 積分作用可消除被控量的偏差； 缺點(diǎn)：積分作用是隨時(shí)間而逐漸加強(qiáng)的，與比例作用相 比過于遲緩，有延遲，控制不及時(shí)；同時(shí)由于誤 差調(diào)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。 SDDY三種基本控制作用三種基本控制作用 微分控制作用微分控制作用 (三三) 微分控制作用微分控制作用 定義定義 微分控制作用是指執(zhí)行機(jī)構(gòu)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)方程式動態(tài)方程式 用傳遞函數(shù)表示為用傳遞函數(shù)表示為 dtdeTtd)(sTsEssWdD)()()(SDDY三種基本控制作用三種基本控制作用 微分控制作用微分控制作用若e(t)為單位階躍

7、，則ddDTssTsW1)()()(tTtde(t) t 1 t (t) Td SDDY三種基本控制作用三種基本控制作用 微分控制作用微分控制作用若e(t)為勻速變化輸入，則由 e(t) t 1dt) t (de)(ktteddTdtdeTt)(t (t) Td k SDDY三種基本控制作用三種基本控制作用 微分控制作用微分控制作用 動作規(guī)律：動作規(guī)律： 在控制過程剛開始時(shí)，被控量的偏差很小，但其變化速度卻很大，可預(yù)見偏差變化的趨勢，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)較大的位移，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。 控制特點(diǎn)：控制特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：與比例和積分控制作用相比，具有起始超前和加強(qiáng)控制的 作用，

8、能有效減少控制過程的動態(tài)偏差。 缺點(diǎn)：當(dāng)控制結(jié)束，即偏差e的變化速度等于0時(shí)，微分作用的輸 出也將為0，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置最后總是恢復(fù)到原來的數(shù) 值，這就不能適應(yīng)負(fù)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（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(gè)組成部分控制作用的一個(gè)組成部分。） SDDY三種基本控制作用三種基本控制作用 小結(jié)小結(jié)優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn)缺缺 點(diǎn)點(diǎn)比例作用比例作用動作速度快，可使控制過程趨于穩(wěn)定在單獨(dú)使用時(shí)，使被控量產(chǎn)生靜態(tài)偏差 積分作用積分作用 能使被控量無靜態(tài)偏差在單獨(dú)使用時(shí)，會使控制過程變得振蕩，甚至不穩(wěn)定 微分作用微

9、分作用 能有效的減少動態(tài)偏差不能單獨(dú)使用 SDDY三種基本控制作用三種基本控制作用 小結(jié)小結(jié) 比例控制作用是最基本的控制作用，而積分和微分作比例控制作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。用為輔助控制作用。 比例作用貫徹于整個(gè)控制過程之中，積分作用則體現(xiàn)比例作用貫徹于整個(gè)控制過程之中，積分作用則體現(xiàn)在控制過程的后期，用以消除靜態(tài)偏差，微分作用則在控制過程的后期，用以消除靜態(tài)偏差，微分作用則體現(xiàn)在控制過程的初期。體現(xiàn)在控制過程的初期。 實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體情況選擇控制規(guī)律，同時(shí)設(shè)置實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體情況選擇控制規(guī)律，同時(shí)設(shè)置適當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)、積分時(shí)間、微分時(shí)間，才能收到滿適當(dāng)?shù)谋?/p>

10、例系數(shù)、積分時(shí)間、微分時(shí)間，才能收到滿意的控制效果。意的控制效果。 SDDY三種控制作用的比較三種控制作用的比較1 1、PIPI控制器的階躍響應(yīng)曲線控制器的階躍響應(yīng)曲線2 2、PDPD控制器的響應(yīng)曲線控制器的響應(yīng)曲線3 3、實(shí)際、實(shí)際PIDPID控制器的階躍響應(yīng)曲線控制器的階躍響應(yīng)曲線4 4、過渡過程曲線、過渡過程曲線SDDYPID參數(shù)的整定參數(shù)的整定l參數(shù)整定找最佳，參數(shù)整定找最佳， 從小到大順序查。從小到大順序查。l先是比例后積分，先是比例后積分， 最后再把微分加。最后再把微分加。l曲線振蕩很頻繁，曲線振蕩很頻繁， 比例度盤要放大。比例度盤要放大。l曲線漂浮繞大彎，曲線漂浮繞大彎， 比例度

11、盤往小扳。比例度盤往小扳。l曲線偏離回復(fù)慢，曲線偏離回復(fù)慢， 積分時(shí)間往下降。積分時(shí)間往下降。l曲線波動周期長，曲線波動周期長， 積分時(shí)間再加長。積分時(shí)間再加長。l曲線振蕩頻率快，曲線振蕩頻率快， 先把微分降下來。先把微分降下來。l動差大來波動慢，動差大來波動慢， 微分時(shí)間應(yīng)加長。微分時(shí)間應(yīng)加長。l理想曲線兩個(gè)波，理想曲線兩個(gè)波， 前高后低四比一。前高后低四比一。l一看二調(diào)多分析，一看二調(diào)多分析， 調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低。調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低。 SDDYPID參數(shù)的整定參數(shù)的整定例例1 曲線振蕩很頻繁，曲線振蕩很頻繁， 比例度盤要放大（比例度盤要放大（增大，即增大，即Kp減?。p?。?比例太強(qiáng)要振蕩比例太強(qiáng)要振蕩SDDYPID參數(shù)的整定參數(shù)的整定 例例2 曲線波動周期長，積分時(shí)間再加長（曲線波動周期長，積分時(shí)間