控制系統(tǒng)性能指標(biāo)與PID控制律課件

PID反饋控制器

(PIDFeedbackControllers)上一講內(nèi)容回顧了解典型工業(yè)過程的動(dòng)態(tài)特性類型；掌握簡(jiǎn)單被控過程的機(jī)理建模方法；掌握調(diào)節(jié)閥“氣開、氣關(guān)”形式與流量特性的選擇原則；掌握“廣義對(duì)象”概念及其動(dòng)態(tài)特性的典型測(cè)試方法。習(xí)題2-4討論對(duì)于如圖所示的加熱爐溫度控制系統(tǒng)，試(1)指出該系統(tǒng)中的被控變量、操縱變量、擾動(dòng)變量與控制目標(biāo);(2)畫出該系統(tǒng)的方塊圖；(3)選擇控制閥的“氣開-氣關(guān)”形式;(4)指出該控制系統(tǒng)的“廣義對(duì)象”及物理意義。溫度控制系統(tǒng)方塊圖2特點(diǎn)：采用傳遞函數(shù)與環(huán)節(jié)名稱混合表示，對(duì)象用被控過程的動(dòng)態(tài)特性來表示。溫度控制系統(tǒng)方塊圖3特點(diǎn)：對(duì)象用被控過程的動(dòng)態(tài)特性來表示，其中除控制通道外，所有干擾對(duì)被控變量的影響只用一個(gè)輸出擾動(dòng)來近似。當(dāng)然，各環(huán)節(jié)可以只用傳遞函數(shù)來表示。廣義對(duì)象的階躍響應(yīng)測(cè)試“廣義對(duì)象”的輸入：u，輸出為Tm。若機(jī)理建模有難度，就可采用常用的響應(yīng)測(cè)試法.對(duì)象特性參數(shù)的確定假設(shè)溫度測(cè)量變送器的量程為200~400℃。本講基本要求掌握仿真系統(tǒng)SimuLink的使用方法;掌握單回路控制器“正反作用”的選擇原則；掌握單回路控制系統(tǒng)的常用性能指標(biāo)；掌握PID控制律的意義及與控制性能的關(guān)系。仿真系統(tǒng)SimuLink的使用入門假設(shè)控制輸入u(t)與干擾輸入d(t)均為階躍信號(hào)，要求顯示輸入對(duì)被控變量y(t)及其測(cè)量z(t)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)?？刂破鞯摹罢醋饔谩边x擇問題問題：如何構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)？控制器的“正反作用”選擇定義：當(dāng)被控變量的測(cè)量值增大時(shí)，控制器的輸出也增大，則該控制器為“正作用”；否則，當(dāng)測(cè)量值增大時(shí)，控制器輸出反而減少，則該控制器為“反作用”。選擇要點(diǎn)：使控制回路成為“負(fù)反饋”系統(tǒng)。選擇方法為：（1）假設(shè)檢驗(yàn)法，先假設(shè)控制器的作用方向，再檢查控制回路能否成為“負(fù)反饋”系統(tǒng)；（2）回路判別法，先畫出控制系統(tǒng)的方塊圖，并確定回路除控制器外的各環(huán)節(jié)作用方向，再確定控制器的正反作用。控制器的作用方向選擇：

假設(shè)檢驗(yàn)法根據(jù)控制閥的“氣開氣關(guān)”的選擇原則，該閥應(yīng)選“氣開閥”，即：u↑→Rf↑.(Why?)假設(shè)溫度控制器為正作用，即：Tm↑→u↑；則結(jié)論：該控制器的作用方向不能為正作用，而應(yīng)為反作用.控制系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)仿真程序見../Simulation/PIDControl/PControlLoop.mdl討論：如何評(píng)價(jià)或比較不同控制系統(tǒng)的性能？控制系統(tǒng)常用的性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)余差：衰減比：振蕩周期T，調(diào)節(jié)時(shí)間ts.上升時(shí)間tr,峰值時(shí)間tp.純比例控制器控制器增益Kc或比例度δ對(duì)系統(tǒng)性能的影響：增益Kc

的增大（或比例度δ下降），使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用增強(qiáng)，但穩(wěn)定性下降（當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，調(diào)節(jié)頻率提高、最大偏差下降）；仿真結(jié)果參見../Simulation/PIDControl/PControlLoop.mdl比例積分控制器積分時(shí)間Ti對(duì)系統(tǒng)性能的影響

引入積分作用的根本目的是為了消除穩(wěn)態(tài)余差，但使控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。當(dāng)積分作用過強(qiáng)時(shí)（即Ti過?。?，可能使控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。仿真結(jié)果參見../Simulation/PIDControl/PILoop.mdl積分作用對(duì)控制性能的影響理想的比例積分微分控制器微分時(shí)間Td對(duì)系統(tǒng)性能的影響 微分作用的增強(qiáng)（即Td增大），從理論上講使系統(tǒng)的超前作用增強(qiáng)，穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，但高頻噪聲起放大作用。對(duì)于測(cè)量噪聲較大的對(duì)象，需要引入測(cè)量信號(hào)的平滑濾波；而微分作用主要適合于特性一階滯后較大的廣義對(duì)象，如溫度、成份等。實(shí)際的比例積分微分控制