應(yīng)用LabVIEW實(shí)現(xiàn)PID控制功能

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔文案大全測(cè)量值被控時(shí)象作為虛擬儀器的主流開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，圖形語(yǔ)言(Graphical Language)在測(cè)試系 統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。優(yōu)秀的圖形語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境使LabVIEW不僅包括了開(kāi)發(fā)虛擬儀 器面板的各種對(duì)象和進(jìn)行信號(hào)分析的豐富的函數(shù)， 而且提供了外掛的PID控制工 具包，使用戶(hù)可以將虛擬儀器拓展到自動(dòng)控制領(lǐng)域。對(duì)于自動(dòng)控制的基本形式，圖(4-1)所示的閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)，不僅可以應(yīng)用 虛擬儀器技術(shù)完成它的測(cè)量部分的功能，而且可以將虛擬儀器技術(shù)拓展到系統(tǒng)的 控制器部分，構(gòu)成一種基于虛擬儀器的測(cè)量控制系統(tǒng)。Y 卜 被控量圖4-1閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng) 4.1 PID算式的確定 4.1.1 4.1.1

2、PID算式的確定在測(cè)控系統(tǒng)中，被控量和操縱量確定之后，就可以根據(jù)對(duì)象的特性和對(duì)控制 質(zhì)量的要求，選擇控制器的控制作用，由控制器按規(guī)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)去推動(dòng)執(zhí)行器?？刂破鞯目刂埔?guī)律，即為控制器的 PID算式。PID控制算式是一種在工業(yè)控制中廣泛運(yùn)用的控制策略。它的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn) 單，易于現(xiàn)實(shí)，穩(wěn)定性能好。實(shí)際上，大多數(shù)的工業(yè)過(guò)程都不同程度的存在著非 線(xiàn)性、參數(shù)時(shí)變性和模糊不確定性，而傳統(tǒng)的PID控制主要是控制具有確定模型 的線(xiàn)性過(guò)程，因此常規(guī)PID控制不具有在線(xiàn)整定參數(shù)的能力，其控制效果就不是 十分理想。如果采用模糊推理的方法實(shí)現(xiàn) PID參數(shù)：、4、0 的在線(xiàn)自適應(yīng)， 不僅保

3、持了常規(guī)PID控制的特點(diǎn)，而且具有更大的靈活性、適應(yīng)性和精確性等優(yōu) 點(diǎn)，是目前一種較為先進(jìn)的控制算法。但是考慮到本軟件應(yīng)用客戶(hù)所具有系統(tǒng)的特點(diǎn)：對(duì)象比較簡(jiǎn)單，非線(xiàn)性程度 不高，大多數(shù)不具有時(shí)變性和模糊不確定性， 而且設(shè)備的投資成本要求較低，比 較適合采用常規(guī)PID控制，故本課題中的PID控制算式就確定為常規(guī)的PID控制 算式。 4.1.2 數(shù)字PID控制算式PID控制就是確定一個(gè)被控制系統(tǒng)的輸出量(Y(t),驅(qū)動(dòng)過(guò)程變量接近設(shè)定 值，其中被控制的系統(tǒng)參數(shù)叫做過(guò)程變量(PV Process Variable),將被控制的 過(guò)程變量指定的理想值叫做設(shè)定值(R(t)。理論上模擬PID控制器的理想算式

4、為：(4-1) 式中:控制器的輸出電:偏差設(shè)定值R與過(guò)程變量值PV之差。K。：控制器的放大系數(shù)。刀：控制器的積分時(shí)間常數(shù)。4：控制器的微分時(shí)間常數(shù)?；谔摂M儀器的控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控 制量。因此，式(4 1)中的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)不能準(zhǔn)確計(jì)算， 只能用數(shù)值計(jì)算的方 法逼近，稱(chēng)為數(shù)字PID控制算式。數(shù)字PID控制算式通常又分為位置式 PID控制 算式和增量式PID控制算式。1 . 1. 位置式PID控制算式在采樣時(shí)刻t=k 9 ( 8為采樣周期)時(shí)，式(4 1)表示的PID控制規(guī)律可以通 過(guò)以下數(shù)值公式近似計(jì)算：比例作用：，(4-2)/(*)=孕3.積 分 作 用：7

5、 x(4-3)微 分 作 用(4-4)旬出=&2卜3)一吸一叨U式(42)、式(43)、式(44)表示的控制算法提供了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置 u(k),所以稱(chēng)為位置式PID控制算法，實(shí)際的位置PID控制器輸出為比例作用、積分作用與微分作用之和，即=%+ %&) + uD=+ 3忸-網(wǎng)上-1) h i-o8(4-5)如果采樣周期9取得足夠小，這種逼近可相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過(guò)程與連續(xù)控制過(guò) 程十分接近。這種算法的缺點(diǎn)是，由于全量輸出，所以每次輸出均與過(guò)去的狀態(tài)有關(guān)， 計(jì) 算時(shí)要對(duì)e(k)進(jìn)行累加，計(jì)算機(jī)運(yùn)算工作量大。而且，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的 u(k) 對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，u(k)的大幅度

6、變化，會(huì)引起 執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化，這種情況往往是生產(chǎn)實(shí)踐中不允許的。因而產(chǎn)生了 增量式PID控制算式。位置式PID控制算式的系統(tǒng)控制示意圖如圖(4-2)所示。困，1-2位置式PID控制不統(tǒng)2 .增量式PID控制算式增量式PID控制算式是指數(shù)字控制器的輸出只是控制器的增量A u(k)。當(dāng)執(zhí) 行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量(例如驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī))時(shí)，可由式 (4-5)導(dǎo)出提供 增量的PID控制算式。根據(jù)遞推原理可得：n Jt-1甲廿際-D =+ 吃。伏 m - 2)dh 口。a(4-6)用式(4-5)減去式(4-6)可得: - u(k) 1)(4-7)式(4-7)稱(chēng)為增量式PID控制算式?？梢钥闯?，

7、由于一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采 用恒定的采樣周期8 , 一旦確定了 K、K、Kd,只要使用前后3次測(cè)量值的偏差, 即可由式(4-7)求出控制增量。采用增量式算法時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出的控制增量A u(k)對(duì)應(yīng)的是本次執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置(例如閥門(mén)開(kāi)度)的增量。對(duì)應(yīng)閥門(mén)實(shí)際位置的控制量，即控制量增量的積累j-0需要采用定的方法來(lái)解決，例如用有積累作用的元件(如步進(jìn)電機(jī))來(lái)實(shí)現(xiàn)；而目前較多的是利用算式u(k)=u(k-1)+ Au(k)通過(guò)執(zhí)行軟件來(lái)完成。圖(4-3)給出了增量式PID控制系統(tǒng)的示意圖。掰47增量式FII控制系統(tǒng)框圖就整個(gè)系統(tǒng)而言，位置式與增量式控制算法并無(wú)本質(zhì)區(qū)別， 增量式控制雖然 只是算法上作了一點(diǎn)

8、改進(jìn)，卻帶來(lái)了不少優(yōu)點(diǎn)：(1) (1)由于計(jì)算機(jī)輸出增量，所以誤動(dòng)作時(shí)影響小，必要時(shí)可以用邏輯判斷的方法去掉。(2) (2)手動(dòng)/自動(dòng)切換時(shí)沖擊小，便于無(wú)擾動(dòng)切換。止匕外，當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，由于輸出通道或執(zhí)行裝置具有信號(hào)的鎖存作用，故能仍然保持原值。(3) (3)算式中不需要累加?？刂圃隽緼 u(k)的確定僅與最近k次的采樣值有關(guān)，所以較容易通過(guò)加權(quán)處理而獲得比較好的控制效 果。但是增量式控制也有不足之處，積分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)誤差，溢出的影響 大。因此，在選擇時(shí)不可一概而論，一般認(rèn)為在以品閘管作為執(zhí)行器或在控制精 度要求高的系統(tǒng)中，可采用位置控制算法，而在以步進(jìn)電機(jī)或電動(dòng)閥門(mén)作為執(zhí)行 器的

9、系統(tǒng)中，則可采用增量控制算法。而本文中的對(duì)象正是采用了品閘管作為執(zhí) 行機(jī)構(gòu)，且要求被控制溫度波動(dòng)小，所以采用了位置控制算法。 4.1.3數(shù)字PID控制算式的改進(jìn)131719PID數(shù)字控制是被廣泛采用的一種算法，為了適應(yīng)實(shí)際控制的需要，出現(xiàn)了 多種改進(jìn)后的數(shù)字PID控制算法。1 .積分分離PID控制算法位置式PID算法每次輸出與整個(gè)過(guò)去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過(guò)去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較人的積累誤差。在實(shí)際過(guò)程控制中應(yīng)將控制變量限制 在有限的范圍內(nèi)，即4面三%祝。如果計(jì)算機(jī)給出的控制量u在上述范圍內(nèi),那么控制可以按預(yù)期的效果進(jìn)行。一旦超出上述范圍，那么實(shí)際執(zhí)行的控制量就 不再是計(jì)算值。因此將引起

10、飽和(失控)效應(yīng)。在位置式PID控制算法中，“飽和效應(yīng)”主要是由積分項(xiàng)引起的，故稱(chēng)為積分飽和。這種現(xiàn)象在設(shè)定值發(fā)生突變 時(shí)特別產(chǎn)易發(fā)生。當(dāng)設(shè)定值由 R(t)突變到R 時(shí)，若根據(jù)位置PID算出的輸 出量,那么實(shí)際輸出量u只能取上限值 4她(圖4-4中曲線(xiàn)b),而不是 計(jì)算值(圖4-4中曲線(xiàn)a)。此時(shí)由于輸出量受到限制，偏差e將比正常情況下持 續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間(即e(t) 0 的正值)，而使式(45)的積分項(xiàng)進(jìn)行不適當(dāng)?shù)姆e累， 從而得到較大的累積值。當(dāng)偏差e(t)出現(xiàn)負(fù)值后(e(t)00(2) (2)當(dāng)|e(k)| e時(shí)，也即偏差值|e(k)|比較大時(shí)，采用PD控制，可避免過(guò)大的超調(diào)，又使系統(tǒng)有較快的響

11、應(yīng)。(3) (3)當(dāng)|e(k)| 時(shí)，也即偏差值|e(k)|比較小時(shí)，采用PID控制，可保證系統(tǒng)的控制精度。積分分離PID控制算法的表達(dá)式為：碗=片明+1t響+2他-避-1) h i-o a(4-8)圖4-4系統(tǒng)存在積分飽和時(shí)控制器輸出u(t)其中B按下式取值：，當(dāng)M酢，p 0當(dāng)即)|營(yíng)(4-9)采用積分分離PID控制算法后，控制效果如圖(4-5)所示。由圖可見(jiàn)，采用 積分分離PID控制算法使得控制系統(tǒng)的性能有了較大的改善。圉4-5 積分分離控P1D匍微果1T通PID 2一積分分離PID2 .遇限削弱積分PID控制算法遇限削弱積分PID控制算法的基本思想是：一開(kāi)始就積分，當(dāng)控制進(jìn)入飽和 區(qū)(即

12、限制范圍)以后，即停止積分，不再進(jìn)行積分項(xiàng)的累加，而只執(zhí)行削弱積分 的運(yùn)算。因而，在計(jì)算U(k)時(shí)，先判斷U(k-I)是否已超出限制值。若U(k-1)U max, 則只累加負(fù)偏差；若u(k-1)u max,則只累加正偏差。這種算法可以避免控制量長(zhǎng) 時(shí)間停留在飽和區(qū)。3 .不完全微分PID控制算法微分環(huán)節(jié)的引入，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，但對(duì)于干擾特別敏感。在誤差擾 動(dòng)突變時(shí)，微分項(xiàng)如下：%3)二(心今卜佐)以止T)工4h乃-意6 T)(4-10)苴中x陪其中：口當(dāng)e(k)為階躍函數(shù)時(shí)，UD(k)輸出為：ud(0)=Kd, u d(1)= u d(2)= =0即僅第一個(gè)周期有輸出，且幅值為 Kd,以

13、后均為零。該輸出的特點(diǎn)為：(1)微分項(xiàng)的輸出僅在第一個(gè)周期起激勵(lì)作用，對(duì)于時(shí)間常數(shù)較大的系統(tǒng)，其 調(diào)節(jié)作用很小，不能達(dá)到超前控制誤差的目的。(2) UD的幅值Kd一股比較大，容易造成計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)溢出；此外 UD過(guò)大、過(guò)快 的變化，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)也會(huì)造成影響(通常8 T).克服上述缺點(diǎn)的方法之一是在 PID算法中加一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)(低通濾波 口口苗工$有西日叫十十”器)1如圖(4-6)所示，即可構(gòu)成不完全微分 PID控制。圖4-6不完全微分PID控制算法結(jié)構(gòu)圖對(duì)于圖(4-6)所示的不完全微分PID結(jié)構(gòu)，設(shè)它的傳遞函數(shù)為:(4-11) 將上式離散化并整理后得：u 三0(E) 十 %伏)+與值)其中up

14、(k)與ui(k)與普通PID算式完全一致，只是UD(k)不同町(目=廣上-。-啾-1)14+日 /產(chǎn)(4-12)u = =l-a 1成立,在式(4-12)中，令 Tf + e ,則與 ；顯然有a 1,所以1- 則式(4-12)可簡(jiǎn)化為：uD(Jc)-區(qū)工(1 -(k - 1) + 皿式k - 1)(4-13)當(dāng)e(k)為階躍(即e(k)=1,k=0,1,2,)時(shí)，可求出：ud(0)=Kd(1- a)e(0)-e(-1)+ a Ud(-1)=K d(1- a)Ud(1)=Kd(1- a)e(1)-e(0)+ a Ud(0)= a Ud(0)2Ud(2)= a 詼= a Ud(0)Ud（K）=

15、a UD（k-1）= a kUD（0）由此可見(jiàn)，引入不完全微分后，微分輸出在第一個(gè)采樣周期內(nèi)的脈沖高 度下降，次后又按ekUD（O）的規(guī)律（a 1）逐漸衰減。所以不完全微分能有效地克 服上述不足，具有較理想的控制特性（見(jiàn)圖（4-7）。盡管不完全微分PID控制算 法比普通PID控制算法要復(fù)雜些，但由于其良好的控制特性，近年來(lái)越來(lái)越得到 廣泛的應(yīng)用。圖47prr輸出桂制啜的比較a）普通FIDb）不完全曲分FID4.微分先行PID控制算法微分先行PID控制算法特點(diǎn)是只對(duì)輸出量y（t）進(jìn)行微分，而對(duì)設(shè)定值R不 作微分。這樣在改變?cè)O(shè)定值時(shí)，輸出不會(huì)改變，而被控量的變化通?？偸潜容^緩 和的。這種輸出量先行

16、微分控制適用于設(shè)定值R頻繁升降的場(chǎng)合，可以避免設(shè)定值升降時(shí)所引起的系統(tǒng)振蕩，明顯地改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。微分先行PID控制 的結(jié)構(gòu)如圖（4-8）所示。在上述介紹的四種數(shù)字 PID控制算式改進(jìn)方法中微分先行法一般用于有較 大純滯后的系統(tǒng)；再將其余的幾種算法結(jié)合所選對(duì)象的特點(diǎn)，本課題最終選擇的PID控制算式是位置控制算法和積分分離 PID控制算法的結(jié)合。4.2程序設(shè)計(jì)152117 4.2.1程序框圖應(yīng)用LabVIEW提供的功能軟件實(shí)現(xiàn)PID控制功能的程序如圖（4-9）所示數(shù)據(jù)采集子程序數(shù)據(jù)濾好程序PID控制子程序圖4-9 PID控制功能程序流程圖 4.2.2程序說(shuō)明（2.3.4程序流程圖說(shuō)明）2

17、.濾波子程序：冏 同前（已在2.3.4程序流程圖說(shuō)明中有說(shuō)明）3. PID控制子程序:子程序包括偏差計(jì)算、位置PID算式計(jì)算、抗積分飽和措施等4 .顯小子程序:f一將PID控制子程序中確定的PID控制曲線(xiàn)、設(shè)定值曲線(xiàn)、被控對(duì)象 響應(yīng)曲線(xiàn)及虛擬的PID控制器的控制按鈕等加以顯示。5 . PID控制器控制作用輸出子程序:口施1|1-UP1-H將PID控制器的控制作用轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所能接受的電壓信號(hào)輸 出。Lab VIEW用PID工具中包括用于Lab VIEW環(huán)境中開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)的各種函數(shù)。 為了適應(yīng)工程實(shí)際使用中的需要，還對(duì)式(4 1)做了必要的修正，并為用戶(hù)提供 接口，以便根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況配置參數(shù)。應(yīng)

18、用LabVIEW提供的功能軟件實(shí)現(xiàn)PID控制功能的程序的前面板如圖(4-10) 所示，流程圖如(4-11)所示。DtTi ce Input ChannelOutpnt Devihif pul ChannelVpvei: Llit1 0. QQOLower Lisi tSt Point圖4-10 PID 控制程序前面板 4.3程序的仿真試驗(yàn)為驗(yàn)證程序的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行仿真時(shí)選擇了三個(gè)對(duì)象，并利用LabVIEW提供 的實(shí)時(shí)控制模塊(RT模塊)模擬對(duì)象的傳遞函數(shù)。在進(jìn)行PID控制程序仿真演示時(shí)，對(duì)原有的程序進(jìn)行了如下的改動(dòng)：1. 1.躍信號(hào)替代。設(shè)定值子程序：將原有程序中測(cè)量值與設(shè)定值之間的差值（即偏

19、差值）改為由單位階2. 2.模擬對(duì)象環(huán)節(jié)子程序：利用LabVIEW提供的實(shí)時(shí)才S制模塊（RT模塊）模擬對(duì)象的傳遞函數(shù)PID控制功能演示程序流程圖如圖（4-12）所示用la 9liou七國(guó)舒言一 一之二!?I口CLL7IJasyE訴-WE 才 ilr ip 三工 55na匚一 產(chǎn)，：f工京二Erlg1BylBeLnill困制堤長(zhǎng)蛙世利是烈ad -7i 4.3.1 真演示實(shí)例一在LabVIEW環(huán)境下選擇的傳遞函數(shù)為:郎=101+1冬(4-14)這是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，當(dāng) PID參數(shù)整定為：6 =22% 刀=15s； 。=0s 時(shí)，其仿真結(jié)果如圖(4-13)所示。在仿真過(guò)程中設(shè)定值采用的是方波信號(hào)。學(xué)

20、號(hào)口 口la paN.lDunozz(EH一七小。吊!口-苗 Lls期 q.sEAno1u 一0 d 1u5鼻.1adI W宿-todu士3IYH口巴s,06l950上 m ss UDZJEELCI 七- 4.3.2 演示實(shí)例二在LabVIEW環(huán)境下選擇的傳遞函數(shù)為:m、101W(s) =x(l + 10s) (1 + O.ls)(4-15)這是一個(gè)二階慣性環(huán)節(jié)，當(dāng) PID參數(shù)整定為：6 =8.5%;1二3s時(shí)，其仿真結(jié)果如圖（4-14）所示。在仿真過(guò)程中設(shè)定值采用的是單位階躍信號(hào) 若比例作用增加，即PID參數(shù)整定為：6 =2.5%;4=12s； 4=3s； 若比例作用減弱，即PID參數(shù)整定為

21、：6 =17% 4=12s； =3=3s； 若積分作用減弱，即PID參數(shù)整定為：6 =8.5%;4=30s； 4=3s； 若積分作用增強(qiáng)，即PID參數(shù)整定為：6 =8.5%; 4=6s； ）=3s； 若微分作用增加，即PID參數(shù)整定為：6 =8.5%;4=12s； 4=16s； 若微分作用減弱，即PID參數(shù)整定為：6 =8.5%; 4=12s； T口 =1. 5s 取上述參數(shù)時(shí)其仿真結(jié)果比較如圖（4-15）所示。 4.3.3 真演示實(shí)例三在LabVIEW環(huán)境下選擇的傳遞函數(shù)為：(4-16)這是一個(gè)具有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，也就是在第二章中系統(tǒng)測(cè)試軟件所選 擇的實(shí)驗(yàn)對(duì)象。由自動(dòng)控制理論可知，當(dāng)系

22、統(tǒng)內(nèi)含有純滯后環(huán)節(jié)時(shí)，可將純滯后因子。一“用有理函數(shù)來(lái)近似。我們知道一個(gè)指數(shù)函數(shù)可以用如下極限表示：(4-17)這就是說(shuō)，純滯后環(huán)節(jié)可以用無(wú)窮個(gè)具有極點(diǎn)為也 值（Ts）的一階環(huán)節(jié)串聯(lián)起來(lái)表示。當(dāng)然，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)常用近似公式，例如近似取n=3時(shí)則:（4-18）即用三個(gè)一階環(huán)節(jié)串聯(lián)來(lái)近似。對(duì)于式（4-17）的表示形式，n取得愈大則愈 精確地近似理想值，但增加了分析計(jì)算時(shí)的復(fù)雜性。指數(shù)函數(shù)的另一個(gè)近似公式是用馬克勞林展開(kāi)式，它由式（4-19）表示：+ TS +(4-19)在計(jì)算時(shí)，可以取前面幾項(xiàng)。如取一項(xiàng)則可寫(xiě)成:W(s)=忌 Y 他1 + 7s (1 + 笈)。+奴) (4-20)同理，也可以將式

23、(4-16)近似表示為：如八 0.7212 .打.0.72121+灰。+脫(l + 3s)(4-21)若比例作用增加，即PID參數(shù)整定為：6=2%：=360s；二二90s；若比例作用減弱，即PID參數(shù)整定為：=50%l=360s；二二90s；若積分作用減弱，即PID參數(shù)整定為：=23%=720s；二二90s；若積分作用增加，即PID參數(shù)整定為：=23%l=180s；二二90s；若微分作用增加，即PID參數(shù)整定為：=23%j=360s；二二180s；若微分作用減弱，即PID參數(shù)整定為：6=23%l=360s；二二40s；取上述參數(shù)時(shí)其仿真結(jié)果比較如圖(4-17)5。當(dāng)PID參數(shù)整定為:6=23%

24、 =360s； )=90s時(shí)，其仿真結(jié)果如圖(4-16)所示。在仿真過(guò)程中設(shè)定值采用的是單位階躍信號(hào)曜堤WS蚌已擔(dān)恒生113i1=120=3P-8,5 1=12 D=1.5b)調(diào)節(jié)器輸出曲線(xiàn)圖4-15取不同控制參數(shù)時(shí)二階慣性環(huán)節(jié)仿真結(jié)果的比較150.0-100.0-0.0-100,o-1-150.0-Set Point(what youwant5150.0-100.0-o.o-100.0-150.0-具有施滯后的一階慣性環(huán)節(jié)仿真結(jié)果ProcessVariable(what youare getting)NormalizedPLD OutputFor more informationselect

25、 Show “I Inf。from the Windows menu.(ms)2Q 305QUARE Set Point Type Loop DelaySystem Type2nd ORDER Upper Limitj|23,OOQ機(jī)汨.0 001SUo.OOQ | Lower Limit11 實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔文案大全口|鶴飛RRa) 對(duì)象響應(yīng)曲線(xiàn)b)調(diào)節(jié)器輸出曲線(xiàn)圖4-17取不同控制參數(shù)時(shí)具有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)仿真結(jié)果的比較4.3.4仿真結(jié)果分析19眸1 .基本控制規(guī)律對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響用控制規(guī)律就是控制器接受了輸入的偏差信號(hào)后，控制器的輸出隨輸入變化的規(guī)律，在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中最基本的控制規(guī)律

26、有：比例控制、積分控制、微分 控制。比例控制規(guī)律：比例控制規(guī)律是控制器輸出的變化量與被控參數(shù)的偏差值成比例的關(guān)系，用P表示。工業(yè)上所用的控制器，都用比例度6 （也稱(chēng)比例帶）來(lái)表示比例控制 作用的強(qiáng)弱。比例度可以用下式來(lái)表示：X100%(4-22)式中 e控制器輸入變化量（即偏差）；P-控制器的輸出變化量；sk X向儀表的量程；4K 器控制器輸出的工作范圍。比例度就是使控制器輸出變化全范圍時(shí)，輸入偏差改變了滿(mǎn)量程的百分?jǐn)?shù)。 當(dāng)儀表的量程和控制器輸出的工作范圍相等時(shí)，比例度就和儀表的放大倍數(shù)Kc互為倒數(shù)關(guān)系，即：s=Lioo%跖（4-23）比例控制規(guī)律就是控制器的輸出與輸入成比例關(guān)系，只要控制器有

27、偏差輸 入，其輸出立即按比例度變化，因此比例控制作用及時(shí)迅速；但只是具有比例控 制規(guī)律的控制系統(tǒng)，當(dāng)被控參數(shù)受干擾影響而偏離給定值后，控制器的輸出必定 改變，在系統(tǒng)穩(wěn)定后，由于比例關(guān)系，被控參數(shù)就不可能回到原先數(shù)值上，即存 在殘余偏差一余差。余差是比例控制器應(yīng)用方面的一個(gè)缺點(diǎn)，在控制器的輸出變化量相同的情況 下，比例度6越?。碖p越大），余差越小。但是若比例度過(guò)分減小，系統(tǒng)容易 振蕩。比例度對(duì)控制過(guò)程的影響如圖（4-18）所示。由圖中可以看出，比例度越大， 過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)越平穩(wěn)，但余差也越大。比例度越小，則過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)越振蕩。Vo6小干臨界值x圖4-18比例度對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響(1) (1)積分

28、控制規(guī)律：積分控制規(guī)律是控制器的輸出變化與輸入偏差的積分成比例關(guān)系，常用 I 表示。由于積分作用是偏差對(duì)時(shí)間的積分，因此積分作用的輸出與時(shí)間的長(zhǎng)短有 關(guān)。在一定偏差作用下，積分作用的輸出隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加， 因此積分作用有 “慢慢來(lái)”的特點(diǎn)。由于這一特點(diǎn)，調(diào)節(jié)不及時(shí)，使被調(diào)參數(shù)的超調(diào)量增加，操 作周期和回復(fù)時(shí)間增長(zhǎng)，這些對(duì)控制是不利的。因此積分作用往往與比例作用一 起使用。當(dāng)然若積分時(shí)間Ti減小些，被調(diào)參數(shù)的過(guò)渡過(guò)程會(huì)有所改善，但是 Ti 過(guò)小，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)激烈的振蕩；也是由于這一特點(diǎn)，對(duì)一個(gè)很小的偏差，雖然 在很短的時(shí)間內(nèi)，積分作用的輸出變化很小，還不足以消除偏差，然而經(jīng)過(guò)相當(dāng) 長(zhǎng)的時(shí)間后，積分作用的輸出總可以增大到足以消除偏差的程度。因此積分作用 具有消除余差的能力。圖(4-19)是表示在同樣的比例度下積分時(shí)間對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響。 由圖可以看 出，積分時(shí)間過(guò)大，積分作用不明顯，余差消除很慢(見(jiàn)曲線(xiàn) 3);積分時(shí)間過(guò) 小，過(guò)渡過(guò)程振蕩太劇烈，穩(wěn)定程度降低(見(jiàn)