自動控制原理及pid調(diào)整(1介紹)

自動控制原理.低成本。l

自動控制的目標(biāo)：提高勞動生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，節(jié)約能源，.§開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)控制器受控對象控制量輸入量輸出量(a)開環(huán)控制系統(tǒng)控制量輸入量輸出量(b)閉環(huán)控制系統(tǒng)反饋元件﹢﹣控制器受控對象.開環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：缺點(diǎn)：—最簡單的控制方式●系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)容易、成本低、不存在穩(wěn)定性問題●信號傳遞沒有形成閉合回路●輸出量不能對控制量產(chǎn)生影響。

●控制精度不高

●系統(tǒng)抗干擾能力差

●對元器件的要求比較高控制量輸入量輸出量(b)閉環(huán)控制系統(tǒng)反饋元件﹢﹣控制器受控對象控制器受控對象控制量輸入量輸出量(a)開環(huán)控制系統(tǒng).閉環(huán)控制系統(tǒng)—反饋控制系統(tǒng)l

反饋通路負(fù)反饋與正反饋控制系統(tǒng)一般采用負(fù)反饋l

信號傳遞形成一個閉合回路輸入量與反饋量之差稱為偏差信號

控制量輸入量輸出量(b)閉環(huán)控制系統(tǒng)反饋元件﹢﹣控制器受控對象控制器受控對象控制量輸入量輸出量(a)開環(huán)控制系統(tǒng).自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)：設(shè)定值x﹣控制器執(zhí)行器被控對象測量、變送擾動f被控變量y反饋量

z自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)偏差e控制變量u.1、控制系統(tǒng)的一些常用術(shù)語被控對象控制變量設(shè)定值x﹣控制器執(zhí)行器被控對象測量、變送擾動f被控變量y反饋量z圖1—2自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)偏差e控制變量u是指被控制的裝置或者設(shè)備。施加給被控對象的信號，使受控對象按照一定的規(guī)律運(yùn)行，一般用符號u

表示。被控變量控制系統(tǒng)的輸出，即被控的物理量，一般用符號y

表示。.偏差信號擾動信號系統(tǒng)的設(shè)定值與反饋信號之差稱為偏差，用符號e表示。使對象輸出偏離設(shè)定值的輸入信號。一般用符號f表示。

設(shè)定值x﹣控制器執(zhí)行器被控對象測量、變送擾動f被控變量y反饋量z圖1—2自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)偏差e控制變量u設(shè)定值（給定值）希望系統(tǒng)輸出達(dá)到的數(shù)值，一般用符號x

表示。.2、控制系統(tǒng)的組成定值元件控制器執(zhí)行元件用來產(chǎn)生設(shè)定值或參考輸入。

或稱調(diào)節(jié)器。通過一定的控制規(guī)律給出控制量，送到執(zhí)行元件。完成功率轉(zhuǎn)換或信號轉(zhuǎn)換，常稱為執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者執(zhí)行器。

設(shè)定值x﹣控制器執(zhí)行器被控對象測量、變送擾動f被控變量y反饋量z圖1—2自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)偏差e控制變量u.測量、變送元件又稱傳感器，用于檢測被控對象的輸出量，并變換成標(biāo)準(zhǔn)信號送到控制器。比較元件用以產(chǎn)生偏差信號2、控制系統(tǒng)的組成設(shè)定值x﹣控制器執(zhí)行器被控對象測量、變送擾動f被控變量y反饋量z圖1—2自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)偏差e控制變量u.3、對自動控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)定性、精確性和快速性

穩(wěn)定性控制系統(tǒng)設(shè)計的首要條件系統(tǒng)自身的屬性有界輸入，有界輸出.精確性反映系統(tǒng)的被控變量偏離設(shè)定值的程度。

快速性控制系統(tǒng)受到外界的作用后，從一個平衡狀態(tài)達(dá)到另一個平衡狀態(tài)的時間。.4、自動控制系統(tǒng)的分類1、開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)2、定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制根據(jù)給定信號形式的不同分類。定值控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的參考輸入為恒定值或者波動范圍很小，要求系統(tǒng)的輸出量也保持恒定。隨動控制系統(tǒng)（伺服控制系統(tǒng)）：參考輸入值不斷變化，變化規(guī)律未知?？刂颇康氖鞘沟孟到y(tǒng)的輸出量能夠準(zhǔn)確地跟蹤輸入值的變化。程序控制系統(tǒng)：設(shè)定值變化，是時間的已知函數(shù)，即按照事先規(guī)定的時間程序或規(guī)律變化。.5、單輸入—單輸出系統(tǒng)與多輸入—多輸出系統(tǒng)從輸入與輸出信號的數(shù)量分類。單輸入—單輸出系統(tǒng)（SISO）多輸入—多輸出系統(tǒng)（MIMO）集中參數(shù)系統(tǒng)與分布參數(shù)系統(tǒng)uy(a)SISO系統(tǒng)系統(tǒng)……(b)MIMO系統(tǒng)系統(tǒng)確定性系統(tǒng)與隨機(jī)控制系統(tǒng)等.究竟使用哪種典型信號分析系統(tǒng)？取決于系統(tǒng)在正常工作時最常見的輸入信號形式若輸入是突然的脈動－脈沖信號若輸入是突變的躍變－階躍信號若輸入隨時間逐漸變化－斜坡信號若輸入是周期信號－正弦信號…….●過渡過程的性能指標(biāo)－直接評價控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線（a）隨動系統(tǒng)圖3-2單位階躍響應(yīng)曲線（b）定值系統(tǒng).1.50.510t以階躍響應(yīng)曲線形式表示的質(zhì)量指標(biāo)(1)峰值時間tp階躍響應(yīng)曲線達(dá)到第一峰值所需要的時間。tptp愈小，表明控制系統(tǒng)反應(yīng)愈靈敏。A.(2)最大偏差A(yù)和超調(diào)量σ％最大偏差A(yù):被控輸出第一個波的峰值與給定值的差，如圖中的A。超調(diào)量y(∞)為過渡過程的穩(wěn)態(tài)值。超調(diào)量σ％（百分?jǐn)?shù)表示的最大偏差）：1.50.510tptA注意最大偏差和超調(diào)量的不同。.(3)衰減比n在過渡過程曲線上，同方向上相鄰兩個波峰值之比。如圖，n=A:A’。n愈大，過渡過程衰減的越快，反之，n愈小，過渡過程的衰減程度也愈小;一般操作經(jīng)驗希望過程有兩、三個周波結(jié)束，一般常取n=4:1~10:1。l

當(dāng)n＝1時，過渡過程則為等幅振蕩；0.150.050.10ttpA.(4)調(diào)節(jié)時間ts階躍響應(yīng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時間。工程上常取在被控變量進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的土5％或土2％的誤差范圍，并不再超出的時間。

ts

的大小一般與控制系統(tǒng)中的最大時間常數(shù)有關(guān)，ts越短，系統(tǒng)響應(yīng)越快。1.50.510tptAts.1.50.510tptA(5)上升時間tr僅適用隨動系統(tǒng)。第一次達(dá)到系統(tǒng)新穩(wěn)態(tài)值所需的時間，定義為上升時間。(6)余差或穩(wěn)態(tài)誤差e(∞)過渡過程結(jié)束時穩(wěn)態(tài)值與給定值之差，是表示控制系統(tǒng)精度的重要質(zhì)量指標(biāo)。tr對于非振蕩的過渡過程曲線：從穩(wěn)態(tài)值的10％上升到90％所需的時間。tse(∞）.總結(jié)：1、峰值時間tp和上升時間tr反映了系統(tǒng)的初始快速性。4、穩(wěn)態(tài)誤差反映了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。3、最大偏差、超調(diào)量和衰減比反映了系統(tǒng)的平穩(wěn)性。2、調(diào)節(jié)時間ts反映了系統(tǒng)的整體快速性。1.50.510tptAtrts.1常規(guī)控制規(guī)律對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響調(diào)節(jié)器可以被用來改變閉環(huán)傳遞函數(shù)，以保證系統(tǒng)獲得希望的動態(tài)特性和靜態(tài)特性。R(s)Y(s)﹣+++F(s)E(s)Z(s).常規(guī)控制器的控制規(guī)律調(diào)節(jié)器按不同控制規(guī)律產(chǎn)生使偏差減小的控制信號。工業(yè)中常用的控制規(guī)律有：比例P、比例加積分PI、比例加積分加微分PID等.1比例控制規(guī)律P控制器輸出p(t)與偏差信號e(t)之間成比例關(guān)系。p(t)=Kce(t)其傳遞函數(shù):Kc：控制器的比例增益或放大倍數(shù)。10.50-0.50510420-20510e(t)p(t)R(s)Y(s)E(s)P(s)-.比例作用的特點(diǎn)：1.

比例控制是最基本的控制規(guī)律；2.

不能消除靜態(tài)誤差（余差）；3.

余差大小與Kc成反比?！?/p>

可調(diào)增益的放大器●輸出與輸入波形相同，放大Kc倍●若廣義對象為0型系統(tǒng)，則系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差?？偨Y(jié)：.2比例加積分控制規(guī)律PI控制器輸出p(t)與偏差信號e(t)之間的關(guān)系為：控制器的傳遞函數(shù)為：Kc:比例增益0te(t)0tp(t)P+IPITi:積分時間.積分作用特點(diǎn)：l

偏差信號的積分（累加）l

只有偏差為零時，積分作用才停止。此時，控制信號保持在前一刻數(shù)值。l

只要偏差存在，積分作用就一直進(jìn)行，直到受到實(shí)際裝置的限幅（積分飽和）。總結(jié)：1.

積分控制作用是可以消除余差的（主要目的）。2.

積分作用與Ti成反比。Ti↑I↓3.

有可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。.3比例加積分加微分規(guī)律PID控制作用的數(shù)學(xué)表達(dá)式是：其傳遞函數(shù)：Kc:比例增益，Ti:積分時間,Td:微分時間。0t0tP(t)單位斜波P+I+DP+DdPe(t)D.微分作用的特點(diǎn)：l

微分作用和偏差變化的速率成正比，能提高控制器反應(yīng)的靈敏程度，使系統(tǒng)獲得超前作用，有助于增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制品質(zhì)。l

控制作用在輸入信號變化的瞬間是有效的，不能單獨(dú)使用。總結(jié)：1.微分作用具有超前調(diào)節(jié)的作用，