PID調(diào)節(jié)原理.ppt

1、回顧PID調(diào)節(jié)原理，PID控制的優(yōu)點是原理簡單，使用方便；適應(yīng)性強；魯棒性強；控制質(zhì)量對受控對象特性的變化不敏感。減少對模型的依賴。比例調(diào)節(jié)的特點是：(1)比例調(diào)節(jié)的輸出增量與輸入增量成正比關(guān)系，即u=K e (2)比例調(diào)節(jié)反應(yīng)速度快，輸出與輸入同步，無時滯，動態(tài)特性好。(3)由于比例調(diào)整，調(diào)整后的參數(shù)不能完全返回給定值，導(dǎo)致殘差。如果物體穩(wěn)定(物體的靜態(tài)放大系數(shù)小，時間常數(shù)不太大，滯后小)，比例帶可以選擇較小，這樣可以提高系統(tǒng)的靈敏度，加快反應(yīng)速度；相反，如果物體的放大倍數(shù)越大，時間常數(shù)越小，滯后時間越大，則可以選擇比例帶來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般來說，比例帶的范圍大致如下：壓力調(diào)節(jié)：30.7

2、0%流量調(diào)節(jié)：40.100%液位調(diào)節(jié)：20.80%溫度調(diào)節(jié)：20.60%。積分調(diào)節(jié)的特點是只要偏差不為零，控制輸出就不為零，所以必須動作使調(diào)節(jié)量的靜態(tài)差完全。調(diào)節(jié)器的輸出可以停止在任意值，即在負荷擾動下：被控對象的調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，調(diào)節(jié)量沒有剩余差，而調(diào)節(jié)閥可以在新負荷要求的開度處停止。積分調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性它的穩(wěn)定性比P調(diào)節(jié)差，用積分調(diào)節(jié)不可能得到一個穩(wěn)定的系統(tǒng)。K=2 K=0.2，積分調(diào)節(jié)的滯后，其滯后特性使得很難及時控制干擾，所以工業(yè)上很少單獨使用積分調(diào)節(jié)，而且基本上是用積分調(diào)節(jié)代替純積分調(diào)節(jié)。積分速度(積分常數(shù))對調(diào)節(jié)過程的影響：增加積分速度會加快調(diào)節(jié)閥的速度，但會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，當(dāng)積分速度

3、超過某一臨界值時，整個系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，出現(xiàn)發(fā)散振蕩過程。S0越大，調(diào)節(jié)閥移動越快，越容易引起和加劇振蕩，最大動態(tài)偏差越小。當(dāng)積分速度降低時，調(diào)節(jié)閥的速度變慢，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性增加，但調(diào)節(jié)速度變慢。當(dāng)積分常數(shù)小至某一臨界值時，調(diào)節(jié)過程變成非振蕩過程。無論積分速度是提高還是降低，調(diào)整后的量最終都沒有殘差。圖4.7積分速度S0對調(diào)整過程的影響，圖4.8比例調(diào)整和積分調(diào)整過程的比較表明，比例調(diào)整沒有殘余誤差，但超調(diào)量大，不如比例調(diào)整穩(wěn)定。比例調(diào)整和積分調(diào)整的比較：比例調(diào)整是微分調(diào)整。積分調(diào)整是非微分調(diào)整。比例調(diào)整可以立即響應(yīng)偏差變化。調(diào)整過程緩慢。當(dāng)調(diào)整后的參數(shù)突然有較大偏差時，比例調(diào)節(jié)可以立即按比例打

4、開調(diào)節(jié)閥的開度。然而，整體調(diào)節(jié)器需要一定的時間來打開或減小調(diào)節(jié)閥的開度。如果系統(tǒng)干擾頻繁，積分調(diào)整將非常弱。單一的整體調(diào)節(jié)系統(tǒng)很少見。作為一種輔助調(diào)節(jié)規(guī)則，它與比例調(diào)節(jié)一起構(gòu)成比例積分調(diào)節(jié)規(guī)則。D調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)和微分調(diào)節(jié)的思想：微分調(diào)節(jié)只與偏差的變化成正比，偏差變化越大，微分調(diào)節(jié)器給出的控制效果越大，從而抑制了偏差的時間增加，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。差動調(diào)整P和I的特性根據(jù)調(diào)整后的參數(shù)和給定值之間的偏差(即偏差的方向和大小被調(diào)整)來起作用。微分調(diào)節(jié)是基于偏差信號的微分，即偏差變化的速度。一旦出現(xiàn)偏差，監(jiān)管機構(gòu)將立即采取行動，以實現(xiàn)實際的調(diào)節(jié)器有某些故障區(qū)域。如果調(diào)節(jié)誤差變化緩慢，調(diào)節(jié)器無法檢測到，

5、則純差動調(diào)節(jié)器不會動作，調(diào)節(jié)誤差會不斷累積，但無法校正。PID是比例、積分和微分的縮寫，比例輸出與偏差成正比。積分的輸出變化速度與偏差成正比。差動動作的輸出與偏差變化的速度成比例。比例調(diào)節(jié)功能：按比例反映系統(tǒng)的偏差。一旦系統(tǒng)中出現(xiàn)偏差，比例調(diào)節(jié)將立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)功能以減少偏差。比例起著很大的作用，可以加快調(diào)整速度，減少誤差。然而，過高的比例會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。比例調(diào)節(jié)K的變化對控制效果的影響，積分調(diào)節(jié)的作用是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無誤差程度。因為存在誤差，所以進行積分調(diào)整，直到?jīng)]有誤差，停止積分調(diào)整，并且積分調(diào)整輸出恒定值。integraTion的強度取決于積分時間常數(shù)ti

6、，ti越小，積分越強。相反，如果鈦大，積分函數(shù)就弱。增加積分調(diào)節(jié)會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。積分常常與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合形成比例積分調(diào)節(jié)器或比例積分調(diào)節(jié)器。；因此，可以提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。當(dāng)正確選擇差動時間時，過沖和調(diào)整時間可以減少。差動動作會放大噪聲干擾，因此過強的差動調(diào)整不利于系統(tǒng)抗干擾。此外，微分反應(yīng)是變化率，當(dāng)輸入不變時，微分輸出為零。微分作用不能單獨使用，需要與其他兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合形成局部放電或PID控制器。1.比例積分調(diào)節(jié)積分調(diào)節(jié)可以消除靜態(tài)誤差，但存在滯后現(xiàn)象，而比例調(diào)節(jié)沒有滯后現(xiàn)象，但存在靜態(tài)誤差。PI調(diào)節(jié)是綜合P調(diào)節(jié)和I調(diào)節(jié)的優(yōu)點，用P調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，用

7、I調(diào)節(jié)消除殘余誤差。比例積分微分調(diào)節(jié)，殘余誤差的消除是比例積分調(diào)節(jié)器積分作用的結(jié)果。積分部分的閥位輸出使調(diào)節(jié)閥的開度最終達到抵消擾動所需的位置。比例部分的閥位輸出Up在調(diào)節(jié)過程的初始階段起著重要的作用，但是在調(diào)節(jié)過程之后回到擾動發(fā)生之前的值。比例積分調(diào)節(jié)過程中，比例積分調(diào)節(jié)引入積分作用來消除系統(tǒng)殘余誤差，但降低了原系統(tǒng)的穩(wěn)定性。調(diào)整過程中的超調(diào)趨勢隨著比例增益的增加和積分時間的減少而增加，因此比例積分調(diào)整的比例增益應(yīng)設(shè)置得小于純比例積分調(diào)整的比例增益，積分時間的設(shè)置應(yīng)受到限制。在比例帶恒定的條件下，減小積分時間ti會降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加劇振蕩，加快調(diào)節(jié)過程，增加振蕩頻率。圖4.12不同積分

8、時間的PI控制系統(tǒng)響應(yīng)過程。比例積分調(diào)節(jié)的特點：比例調(diào)節(jié)具有響應(yīng)快、無滯后的優(yōu)點，可以加快調(diào)節(jié)速度，縮短調(diào)節(jié)時間；積分調(diào)節(jié)具有消除靜態(tài)誤差的優(yōu)點。對于一般調(diào)整對象，可采用比例積分調(diào)整，比例帶和積分時間可適當(dāng)選擇，基本能滿足生產(chǎn)工藝要求。局部放電調(diào)節(jié)也是一種差動調(diào)節(jié)。在穩(wěn)定狀態(tài)下，dedt0和PD調(diào)節(jié)器的差分輸出為零，因此此時PD調(diào)整與P調(diào)整相同。差動調(diào)節(jié)可以提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。微分調(diào)節(jié)總是試圖抑制調(diào)節(jié)量的振蕩。當(dāng)TD超過某個上限時，系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。適度引入差別動作c比例差動調(diào)節(jié)的特點是，差動調(diào)節(jié)也有缺點：過強的差動作用容易導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥兩端的開度飽和。比例作用始終是局部放電調(diào)節(jié)的主要作用，微分作用只能起到輔助調(diào)節(jié)的作用。局部放電調(diào)節(jié)器抗干擾能力差，只能在調(diào)節(jié)量變化非常穩(wěn)定的過程中使用，一般不用于流量和液位控制系統(tǒng)。差分調(diào)整操作對于純延遲過程無效。比例微分調(diào)節(jié)的特性(續(xù))、圖4.18比例微分調(diào)節(jié)系統(tǒng)與局部放電調(diào)節(jié)系統(tǒng)的比較、圖4.19局部放電控制系統(tǒng)在不同微分時間的響應(yīng)過程、調(diào)節(jié)器動作規(guī)律的選擇應(yīng)基于對象特性、負載變化、主要擾動和系統(tǒng)控制要求、系統(tǒng)經(jīng)濟性和系統(tǒng)輸入便利性。例如，對象的時間常數(shù)(延遲)，