PID調(diào)節(jié)原理-課件

PID調(diào)節(jié)原理PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/261PID調(diào)節(jié)原理PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/261PID調(diào)節(jié)器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實際輸出值c(t)構成系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制:e(t)=r(t)?c(t)PID調(diào)節(jié)器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其輸入e(t)與輸出u(t)的關系為

u(t)=kp(e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt)

式中積分的上下限分別是0和t

因此它的傳遞函數(shù)為：G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s)

其中kp為比例系數(shù)；TI為積分時間常數(shù)；TD為微分時間常數(shù)PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/262PID調(diào)節(jié)器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實際輸PID控制的優(yōu)點①原理簡單，使用方便；②適應性強；③魯棒性強；控制品質(zhì)對被控對象特性的變化不大敏感。④對模型依賴少。

PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/263PID控制的優(yōu)點PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/26比例調(diào)節(jié)的特點：（1）比例調(diào)節(jié)的輸出增量與輸入增量呈一一對應的比例關系，即：u=Ke（2）比例調(diào)節(jié)反應速度快，輸出與輸入同步，沒有時間滯后，其動態(tài)特性好。（3）比例調(diào)節(jié)的結(jié)果不能使被調(diào)參數(shù)完全回到給定值，而產(chǎn)生余差。PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/264比例調(diào)節(jié)的特點：PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/26若對象較穩(wěn)定（對象的靜態(tài)放大系數(shù)較小，時間常數(shù)不太大，滯后較?。﹦t比例帶可選小些，這樣可以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應速度加快一些；相反，若對象的放大系數(shù)較大，時間常數(shù)較小，滯后時間較大則比例帶可選大一些，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。比例帶的一般選擇原則：PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/265若對象較穩(wěn)定（對象的靜態(tài)放大系數(shù)較小，時間常數(shù)不太大，滯后較比例帶的選取，一般情況下，比例帶的范圍大致如下：壓力調(diào)節(jié)：30~70%流量調(diào)節(jié)：40~100%液位調(diào)節(jié)：20~80%溫度調(diào)節(jié)：20~60%PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/266比例帶的選取，一般情況下，比例帶的范圍大致如下：PID調(diào)節(jié)原積分調(diào)節(jié)的特點是無差調(diào)節(jié)只要偏差不為零，控制輸出就不為零，它就要動作到把被調(diào)量的靜差完全消除為止而一旦被調(diào)量偏差e為零，積分調(diào)節(jié)器的輸出就會保持不變。調(diào)節(jié)器的輸出可以停在任何數(shù)值上,即:被控對象在負荷擾動下的調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，被調(diào)量沒有余差，而調(diào)節(jié)閥則可以停在新的負荷所要求的開度上。PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/267積分調(diào)節(jié)的特點是無差調(diào)節(jié)PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/積分調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性它的穩(wěn)定作用比P調(diào)節(jié)差，采用積分調(diào)節(jié)不可能得到穩(wěn)定的系統(tǒng)。K=2K=0.2PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/268積分調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性K=2PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3積分調(diào)節(jié)的滯后性它的滯后特性使其難以對干擾進行及時控制，所以一般在工業(yè)中，很少單獨使用I調(diào)節(jié)，而基本采用PI調(diào)節(jié)代替純I調(diào)節(jié)。PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/269積分調(diào)節(jié)的滯后性PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/26積分速度（積分常數(shù)）的大小對調(diào)節(jié)過程影響：增大積分速度調(diào)節(jié)閥的速度加快，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低當積分速度大到超過某一臨界值時，整個系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定，出現(xiàn)發(fā)散的振蕩過程。S0愈大，則調(diào)節(jié)閥的動作愈快，就愈容易引起和加劇振蕩，而最大動態(tài)偏差則愈來愈小。減小積分速度調(diào)節(jié)閥的速度減慢，結(jié)果是系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加了，但調(diào)節(jié)速度變慢當積分常數(shù)小到某一臨界值時，調(diào)節(jié)過程變?yōu)榉钦袷庍^程。無論增大還是減小積分速度，被調(diào)量最后都沒有殘差圖4.7

積分速度S0對調(diào)節(jié)過程的影響PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2610積分速度（積分常數(shù)）的大小對調(diào)節(jié)過程影響：圖4.7積分速度圖4.8P與I調(diào)節(jié)過程的比較結(jié)論：P調(diào)節(jié)有余差I調(diào)節(jié)沒有余差，但超調(diào)大，不如P穩(wěn)定PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2611圖4.8P與I調(diào)節(jié)過程的比較結(jié)論：PID調(diào)節(jié)原理pp比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)的比較：比例調(diào)節(jié)是有差調(diào)節(jié)，積分調(diào)節(jié)是無差調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)能立即響應偏差變化

積分調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)過程緩慢∴當被調(diào)參數(shù)突然出現(xiàn)較大的偏差時比例調(diào)節(jié)能立即按比例把調(diào)節(jié)閥的開度開得很大但積分調(diào)節(jié)器需要一定的時間才能將調(diào)節(jié)閥的開度開大或減小∴如果系統(tǒng)干擾作用頻繁，積分調(diào)節(jié)會顯得十分乏力單獨的積分調(diào)節(jié)系統(tǒng)較罕見，它作為一種輔助調(diào)節(jié)規(guī)律與比例調(diào)節(jié)一起組成比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律。PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2612比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)的比較：PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021D調(diào)節(jié)的階躍響應微分調(diào)節(jié)的思想：微分調(diào)節(jié)只與偏差的變化成比例，偏差變化越劇烈，由微分調(diào)節(jié)器給出的控制作用越大，從而及時地抑制偏差的增長，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2613D調(diào)節(jié)的階躍響應微分調(diào)節(jié)的思想：PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2微分調(diào)節(jié)的特點P和I是根據(jù)已經(jīng)形成的被調(diào)參數(shù)與給定值之偏差而動作(即偏差的方向和大小進行調(diào)節(jié))。微分調(diào)節(jié)是根據(jù)偏差信號的微分,即偏差變化的速度而動作的。只要偏差一露頭,調(diào)節(jié)器就立即動作，以求更好的調(diào)節(jié)效果偏差沒有變化,微分調(diào)節(jié)不起作用。微分調(diào)節(jié)主要用于克服調(diào)節(jié)對象有較大的傳遞滯后和容量滯后。PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2614微分調(diào)節(jié)的特點PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/261注意：微分調(diào)節(jié)不能消除余差?！呶⒎终{(diào)節(jié)只對偏差的變化做出反應，而與偏差的大小無關。單純的微分調(diào)節(jié)器也是不能工作的?！邔嶋H的調(diào)節(jié)器都有一定的失靈區(qū)，若調(diào)節(jié)誤差的變化速度緩慢，以至于調(diào)節(jié)器不能察覺，純微分調(diào)節(jié)器將不會動作，此時調(diào)節(jié)誤差會不斷累積卻得不到校正。PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2615注意：PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2615PID是比例、積分、微分的縮寫

Proportional-Integral-Differential比例作用的輸出與偏差大小成正比；積分作用的輸出變化速度與偏差成正比；微分作用的輸出與偏差變化速度成正比。PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2616PID是比例、積分、微分的縮寫PID調(diào)節(jié)原理ppt課件20比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2617比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比

比例調(diào)節(jié)K的變化對控制效果的影響

PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2618比例調(diào)節(jié)K的變化對控制效果的影響PID調(diào)節(jié)原理ppt積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強。反之Ti大則積分作用弱。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2619積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因為有誤差，積分調(diào)節(jié)，Ti的變化對控制效果的影響

PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2620積分調(diào)節(jié)，Ti的變化對控制效果的影響PID調(diào)節(jié)原理pp微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預見性，能預見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應的是變化率，而當輸入沒有變化時，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2621微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預見性，微分調(diào)節(jié)，Td的變化對控制效果的影響

PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2622微分調(diào)節(jié)，Td的變化對控制效果的影響PID調(diào)節(jié)原理ppt1、比例積分（PI）調(diào)節(jié)積分調(diào)節(jié)可以消除靜差,但有滯后現(xiàn)象，比例調(diào)節(jié)沒有滯后現(xiàn)象，但存在靜差。PI調(diào)節(jié)就是綜合P、I兩種調(diào)節(jié)的優(yōu)點，利用P調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時利用I調(diào)節(jié)消除殘差。比例積分微分調(diào)節(jié)(PID調(diào)節(jié))PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/26231、比例積分（PI）調(diào)節(jié)比例積分微分調(diào)節(jié)(PID調(diào)節(jié))PID殘差的消除是PI調(diào)節(jié)器積分動作的結(jié)果。積分部分的閥位輸出使調(diào)節(jié)閥開度最終得以到達抵消擾動所需的位置。比例部分的閥位輸出Up在調(diào)節(jié)過程的初始階段起較大作用，但調(diào)節(jié)過程結(jié)束后又返回到擾動發(fā)生前的數(shù)值。比例積分調(diào)節(jié)過程PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2624殘差的消除是PI調(diào)節(jié)器積分動作的結(jié)果。比例積分調(diào)節(jié)過程PID

PI調(diào)節(jié)引入積分動作消除了系統(tǒng)余差，卻降低了原有系統(tǒng)的穩(wěn)定性。調(diào)節(jié)過程中的超調(diào)趨勢隨比例增益的增大和積分時間的減小而增大，因此PI調(diào)節(jié)的比例增益要設置得比純P調(diào)節(jié)小，對積分時間的設置也應有一定的限制。PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2625PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2625PI調(diào)節(jié)在比例帶不變的情況下，減小積分時間TI，將使控制系統(tǒng)穩(wěn)定性降低、振蕩加劇、調(diào)節(jié)過程加快、振蕩頻率升高。圖4.12PI控制系統(tǒng)不同積分時間的響應過程

PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2626PI調(diào)節(jié)在比例帶不變的情況下，減小積分時間TI，將使控制系統(tǒng)比例積分調(diào)節(jié)的特點：具有比例調(diào)節(jié)作用反應快、無滯后的優(yōu)點，可以加快調(diào)整作用，縮短調(diào)節(jié)時間，又具有積分調(diào)節(jié)的優(yōu)點，可以消除靜差。對于一般調(diào)節(jié)對象，均可用比例積分調(diào)節(jié)，比例帶和積分時間選擇合適，基本可以滿足生產(chǎn)工藝要求。PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2627比例積分調(diào)節(jié)的特點：PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/PD調(diào)節(jié)也是有差調(diào)節(jié)∵在穩(wěn)態(tài)下，de／dt＝0，PD調(diào)節(jié)器的微分部分輸出為零，因此，此時PD調(diào)節(jié)與P調(diào)節(jié)相同。微分調(diào)節(jié)有提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用∵微分調(diào)節(jié)動作總是力圖抑制被調(diào)量的振蕩引入微分動作要適度，當TD超出某一上限值后，系統(tǒng)反而變得不穩(wěn)定適度引入微分動作可以允許稍許減小比例帶這樣可以減小殘差、減小短期最大偏差、提高振蕩頻率同時保持衰減率不變。比例微分調(diào)節(jié)的特點PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2628PD調(diào)節(jié)也是有差調(diào)節(jié)比例微分調(diào)節(jié)的特點PID調(diào)節(jié)原理ppt微分調(diào)節(jié)也有不利之處：微分動作太強容易導致調(diào)節(jié)閥開度向兩端飽和在PD調(diào)節(jié)中總是以比例動作為主，微分動作只能起輔助調(diào)節(jié)作用。PD調(diào)節(jié)器的抗干擾能力很差只能應用于被調(diào)量的變化非常平穩(wěn)的過程，一般不用于流量和液位控制系統(tǒng)。微分調(diào)節(jié)動作對于純遲延過程是無效的。比例微分調(diào)節(jié)的特點（續(xù)）PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2629微分調(diào)節(jié)也有不利之處：比例微分調(diào)節(jié)的特點（續(xù)）PID調(diào)節(jié)原理圖4.18P調(diào)節(jié)系統(tǒng)和PD調(diào)節(jié)系統(tǒng)過程的比較PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2630圖4.18P調(diào)節(jié)系統(tǒng)和PD調(diào)節(jié)系統(tǒng)過程的比較PID調(diào)節(jié)原圖4.19PD控制系統(tǒng)不同微分時間的響應過程PID調(diào)節(jié)原理ppt課件2021/3/2631圖4.19PD控制系統(tǒng)不同微分時間的響應過程PID調(diào)節(jié)原調(diào)節(jié)器動作規(guī)律的選擇應根據(jù)對象特性、負荷變化、主要擾動和系統(tǒng)控制要求、系統(tǒng)的經(jīng)濟性以及系統(tǒng)投入方便等進行選擇。如，對象時間常數(shù)（遲延）大小、有無余差要求、負荷變化大小等T大，加微分如溫度、成分、pH值控制等無余差，加積分如管道壓力和流量的控制T較小，負荷變化較小，工藝要求不高，純比例貯罐