Zx15-PID校正

1、第第15節(jié)節(jié) 校正校正 PID PID 校正校正 PID控制是歷史最久、生命力最控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的基本控制方式。強(qiáng)的基本控制方式。PID具有以下優(yōu)點(diǎn)：具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、原理簡單、使用方便。、原理簡單、使用方便。2、適應(yīng)性強(qiáng)。、適應(yīng)性強(qiáng)。3、魯棒性強(qiáng)。、魯棒性強(qiáng)?？刂茖ο筇匦缘淖兓瘜刂茖ο筇匦缘淖兓瘜刂菩阅苡绊懖淮??？刂菩阅苡绊懖淮?。15.1 P 控制器控制器 (Proportional)Kp+_u(t)e(t)控制器的輸出控制器的輸出u(t)成比例地反映輸入信號成比例地反映輸入信號e(t)( )( )Pu tK e t（1）時(shí)域角度分析比例控制器的作用）時(shí)域角度分析比例控制器的作

2、用PK11Ts閉環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)/(1)( )11pppKKG sTsK穩(wěn)態(tài)位置誤差穩(wěn)態(tài)位置誤差11sspeK 1）提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度）提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度2）減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差）減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差加大比例系數(shù)加大比例系數(shù)Kp加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，縮小和發(fā)達(dá)國家的縮小和發(fā)達(dá)國家的距離距離 對于穩(wěn)態(tài)誤差不為零的系統(tǒng)，提高比例對于穩(wěn)態(tài)誤差不為零的系統(tǒng)，提高比例系數(shù)可以減小誤差系數(shù)可以減小誤差一階系統(tǒng)一階系統(tǒng)隨比例系數(shù)的提高，系統(tǒng)的響應(yīng)速度加大。隨比例系數(shù)的提高，系統(tǒng)的響應(yīng)速度加大。你會摔倒的你會摔倒的放慢腳步吧！放慢腳步吧！我的速度我的速度很快！很快?。?）頻域角度分析比例控制器

3、的作用）頻域角度分析比例控制器的作用Kp增加增加剪切頻率增加剪切頻率增加相位裕量相位裕量減小減小L/dB-90-180隨著比例系數(shù)的加大隨著比例系數(shù)的加大1、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小2、響應(yīng)速度變快、響應(yīng)速度變快3、穩(wěn)定程度變差、穩(wěn)定程度變差比例控制的特點(diǎn)比例控制的特點(diǎn)15.2 PI 控制控制(Proportional +Integral)(1) 積分控制積分控制IKs11Ts 加入積分控制器后，系統(tǒng)階躍信加入積分控制器后，系統(tǒng)階躍信號下的穩(wěn)態(tài)誤差為零。號下的穩(wěn)態(tài)誤差為零。當(dāng)輸入為零時(shí)，由擾動引起的輸出為當(dāng)輸入為零時(shí)，由擾動引起的輸出為21( )( )PC sD sJsbsK可否

4、加入積可否加入積分環(huán)節(jié)？分環(huán)節(jié)？當(dāng)輸入為零時(shí)，由擾動引起的輸出為當(dāng)輸入為零時(shí)，由擾動引起的輸出為32( )( )PPisC sD sKJsbsK sT（2）PI 控制控制( )( )( )pPiKu tK e te t dtTPI控制器控制器+_u(t)e(t)1( )(1)PiG sKTs積分的作用積分的作用 提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，改善系統(tǒng)的提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。穩(wěn)態(tài)性能。 Ti的值越小，積分作用越強(qiáng)。隨的值越小，積分作用越強(qiáng)。隨Ti值的值的增加，系統(tǒng)可能會變得增加，系統(tǒng)可能會變得 不穩(wěn)定。不穩(wěn)定。PI 控制控制15.3 PD控制（Proportional+Derivativ

5、e)系統(tǒng)為臨界穩(wěn)定狀態(tài)。系統(tǒng)為臨界穩(wěn)定狀態(tài)。2( )PPKG sJsK21)( )PdPdPKT sG sJsK T sK（微分控制帶來微分控制帶來阻尼阻尼2( )()PddPKK sG sJsBKsK+2dPBKK J微分增加阻尼微分增加阻尼( )( )( )PpDde tu tK e tK TdtPD控制器控制器+_u(t)e(t)( )(1)PdG sKT s微分增加微分增加阻尼阻尼0-90-180PD校正校正 PD控制對控制對高頻干擾比較高頻干擾比較敏感敏感15.4 PID控制1( )(1)cPDIG sKT sT s比例作用：誤差一旦產(chǎn)生，立即產(chǎn)生控制作用，比例作用：誤差一旦產(chǎn)生，立

6、即產(chǎn)生控制作用，使被控量朝減小誤差方向變化。使被控量朝減小誤差方向變化。積分作用：對誤差具有記憶，用于消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用：對誤差具有記憶，用于消除穩(wěn)態(tài)誤差。微分作用：對誤差進(jìn)行微分，預(yù)見到誤差的變化微分作用：對誤差進(jìn)行微分，預(yù)見到誤差的變化趨勢。但對于高頻干擾同樣敏感。趨勢。但對于高頻干擾同樣敏感。090-90L/dB0PID控制器控制器Bode圖圖 積分部分發(fā)生積分部分發(fā)生在系統(tǒng)的低頻段，在系統(tǒng)的低頻段，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。性能。 而微分部分在而微分部分在系統(tǒng)中、高頻段起系統(tǒng)中、高頻段起作用，以改善系統(tǒng)作用，以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。的動態(tài)性能。PPIPID程咬金的三板斧Z

7、iegler-Nichols(Z-N)參數(shù)調(diào)整方法參數(shù)調(diào)整方法1、置系統(tǒng)于比例控制方式，比例系、置系統(tǒng)于比例控制方式，比例系數(shù)取很小的值。數(shù)取很小的值。2、增加增益直到系統(tǒng)開始發(fā)生振蕩。、增加增益直到系統(tǒng)開始發(fā)生振蕩。3、記下系統(tǒng)發(fā)生臨界振蕩時(shí)的增益、記下系統(tǒng)發(fā)生臨界振蕩時(shí)的增益值，并記為值，并記為Kc,系統(tǒng)振蕩的周期記系統(tǒng)振蕩的周期記為為Tc.KpTITdP0.5KcPI0.45Kc0.83TcPID0.6Kc0.5Tc0.125Tc參數(shù)調(diào)整法則參數(shù)調(diào)整法則根據(jù)階躍響應(yīng)的根據(jù)階躍響應(yīng)的Z-N方法方法LT適用對象：適用對象： 不包含積分環(huán)節(jié)，也不包含振蕩環(huán)節(jié)。不包含積分環(huán)節(jié)，也不包含振蕩環(huán)節(jié)。

8、KpTITdPT/LPI0.9T/LL/0.3PID1.2T/L2L0.5L參數(shù)調(diào)整法則參數(shù)調(diào)整法則復(fù)習(xí)（中）3. 方框圖的化簡方框圖的化簡 主要方法主要方法: : 將串聯(lián)環(huán)節(jié)、并聯(lián)環(huán)節(jié)和將串聯(lián)環(huán)節(jié)、并聯(lián)環(huán)節(jié)和基本反饋環(huán)節(jié)用一個(gè)等效環(huán)節(jié)代替?；痉答伃h(huán)節(jié)用一個(gè)等效環(huán)節(jié)代替。 關(guān)鍵關(guān)鍵: : 解除交叉結(jié)構(gòu)即移動分支點(diǎn)解除交叉結(jié)構(gòu)即移動分支點(diǎn)或相加點(diǎn)，使被簡化的環(huán)節(jié)中不存在或相加點(diǎn)，使被簡化的環(huán)節(jié)中不存在與外部相連的分支點(diǎn)和相加點(diǎn)與外部相連的分支點(diǎn)和相加點(diǎn)l前向通道前向通道乘積保持不變乘積保持不變l反饋回路反饋回路乘積保持不變乘積保持不變l相加點(diǎn)和引出點(diǎn)相加點(diǎn)和引出點(diǎn)不互換不互換21G121HG1

9、21HG31/GG反饋系統(tǒng)傳遞函數(shù)反饋系統(tǒng)傳遞函數(shù)前向傳遞函數(shù)前向傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)212( )( )( )1( )( )( )DG sCsD sG s G s H s干擾作用下，系統(tǒng)的輸出干擾作用下，系統(tǒng)的輸出第三章 瞬態(tài)響應(yīng)1、一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)、一階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)1、一階系統(tǒng)、一階系統(tǒng)11TsxixoXo(s)= G(s)Xi(s) T是一階系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，是一階系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，T越大，響越大，響應(yīng)的上升時(shí)間越長，響應(yīng)速度越慢。應(yīng)的上升時(shí)間越長，響應(yīng)速度越慢。2、二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)、二階系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)222( )2nnnG sss標(biāo)準(zhǔn)形式標(biāo)準(zhǔn)形式衰減

10、衰減指數(shù)指數(shù)阻尼振蕩阻尼振蕩頻率頻率n21noRenImcos極點(diǎn)和響應(yīng)之間的關(guān)系極點(diǎn)和響應(yīng)之間的關(guān)系不穩(wěn)定不穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定主導(dǎo)極點(diǎn)的含義主導(dǎo)極點(diǎn)的含義 對系統(tǒng)的性能起主導(dǎo)作用對系統(tǒng)的性能起主導(dǎo)作用1. 實(shí)部絕對值遠(yuǎn)比其它極點(diǎn)為小實(shí)部絕對值遠(yuǎn)比其它極點(diǎn)為小2.2.附近沒有零點(diǎn)存在附近沒有零點(diǎn)存在時(shí)域指標(biāo)時(shí)域指標(biāo)二階系統(tǒng)的響應(yīng)指標(biāo)二階系統(tǒng)的響應(yīng)指標(biāo)（1）上升時(shí)間）上升時(shí)間rdt（2）峰值時(shí)間）峰值時(shí)間pdt（3）最大超調(diào)量）最大超調(diào)量21%100%e222(ln)(ln)3 ( =5%) 4(2%)snsntt （4）調(diào)整時(shí)間）調(diào)整時(shí)間第四章、頻域分析第四章、頻域分析基本內(nèi)容基本內(nèi)容1、幅相頻率特

11、性、幅相頻率特性2、對數(shù)頻率特性、對數(shù)頻率特性3、頻域性能指標(biāo)、頻域性能指標(biāo)1、幅相頻率特性、幅相頻率特性頻率特性的基本概念頻率特性的基本概念頻率特性的求取方法頻率特性的求取方法()()( )( )( )jG jAeUjV 22( )|AUV( )arctanVU 幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性典型環(huán)節(jié)的頻率特性典型環(huán)節(jié)的頻率特性1|( )|G( )90G 積分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)221|( )|1GT( )arctanGT 慣性環(huán)節(jié)慣性環(huán)節(jié)|( )|G( )90G微分環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié)22|( )|1GT( )arctanGT一階微分一階微分系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的形狀系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的形狀1、低頻由系統(tǒng)積分

12、環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù)決定、低頻由系統(tǒng)積分環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù)決定2、高頻以、高頻以-(n-m)90趨于原點(diǎn)。趨于原點(diǎn)。2、對數(shù)頻率特性、對數(shù)頻率特性( )20lg|()|LG j110100250.30.7十倍頻程十倍頻程 decBode圖的繪制圖的繪制重點(diǎn)重點(diǎn)123(1)( )(1)(1)sKG ssss1、化成標(biāo)準(zhǔn)形式、化成標(biāo)準(zhǔn)形式確定增益確定增益K和和各個(gè)轉(zhuǎn)折頻率各個(gè)轉(zhuǎn)折頻率2、確定低頻形狀、確定低頻形狀0型系統(tǒng)型系統(tǒng) 20lgKI型以上系統(tǒng)型以上系統(tǒng) 20lgK13、在每個(gè)轉(zhuǎn)折頻率處改變漸近線斜率、在每個(gè)轉(zhuǎn)折頻率處改變漸近線斜率4、相頻特性根據(jù)每個(gè)環(huán)節(jié)的相角進(jìn)行疊加、相頻特性根據(jù)每個(gè)環(huán)節(jié)的相角進(jìn)行疊加21

13、00(1)(40)540( )(1)(1)0.120ssG sssj坐標(biāo)軸坐標(biāo)軸4040最小相位系統(tǒng)的概念最小相位系統(tǒng)的概念 在右半平面無極點(diǎn)和零點(diǎn)的系統(tǒng)稱為最小在右半平面無極點(diǎn)和零點(diǎn)的系統(tǒng)稱為最小相位系統(tǒng)，反之，為非最小相位系統(tǒng)。相位系統(tǒng)，反之，為非最小相位系統(tǒng)。 在具有相同幅值特性的系統(tǒng)中，最小相位在具有相同幅值特性的系統(tǒng)中，最小相位系統(tǒng)的相角變化范圍最小。系統(tǒng)的相角變化范圍最小。諧振峰值諧振峰值截止頻率截止頻率3、頻域性能指標(biāo)、頻域性能指標(biāo)諧振諧振頻率頻率帶寬帶寬第五章、穩(wěn)定性分析第五章、穩(wěn)定性分析1、勞斯判據(jù)、勞斯判據(jù)2、奈氏判據(jù)（對數(shù)判據(jù)）、奈氏判據(jù)（對數(shù)判據(jù)）3、穩(wěn)定性指標(biāo)、穩(wěn)定性

14、指標(biāo)閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的條件閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的條件閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)在閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)在s左半平面左半平面閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)特征特征方程系數(shù)判斷方程系數(shù)判斷（勞斯判據(jù)）（勞斯判據(jù)）開環(huán)頻率開環(huán)頻率特性特性軌跡判斷軌跡判斷（奈氏判據(jù)）（奈氏判據(jù)）開環(huán)對數(shù)頻率開環(huán)對數(shù)頻率特性軌跡判斷特性軌跡判斷（對數(shù)判據(jù)）（對數(shù)判據(jù)）穩(wěn)定性的指標(biāo)穩(wěn)定性的指標(biāo)1、勞斯判據(jù)、勞斯判據(jù) 針對的是閉環(huán)傳遞函數(shù)的特征方程針對的是閉環(huán)傳遞函數(shù)的特征方程 勞斯數(shù)列的列寫勞斯數(shù)列的列寫 特殊情況的處理特殊情況的處理2、奈氏判據(jù)、奈氏判據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定閉環(huán)極點(diǎn)不在閉環(huán)極點(diǎn)不在s右右半平面半平面1+G(s)H(s)的零的零點(diǎn)不在點(diǎn)不在s右半平面右半平面1+G(j)H(j)的的軌跡逆時(shí)針包圍軌跡逆時(shí)針包圍原點(diǎn)圈數(shù)為原點(diǎn)圈數(shù)為PG(j)H(j)的軌的軌跡逆時(shí)針包圍跡逆時(shí)針包圍（-1，j0)圈數(shù)為圈數(shù)為P( I )( I )根據(jù)根據(jù)由由 0 0到到+的開環(huán)頻率特性進(jìn)的開環(huán)頻率特性進(jìn)行判斷行判斷（II) 根據(jù)正負(fù)穿越概念進(jìn)行判斷根據(jù)正負(fù)穿越概念進(jìn)行判斷（III) 含積分