第一篇 简单控制.ppt

虽然PID的调节效果最好，并不意味着所有的系统都是合理的，因为它有三个参数要整定，如果整定不合适，则可能导致系统不稳定，适得其反。使用何种调节规律一般可按：先比例 ，再积分，然后才把微分加 *对象时间常数大或迟延时间长，应引入D作用，若系统允许有残差，则可选PD调节；系统要求无差，则选PID规律。 *对象的时间常数较小，受扰动影响不大，系统要求无差，则使用PI调节。（如锅炉水位控制等） *对象的时间常数较小，受扰动影响不大，系统不要求无差，则使用P调节。（如锅炉高加水位控制等） *对象时间常数或迟延时间很长，受扰动影响也很大，简单控制系统已不能满足要求，应设计复杂控制系统。（如汽温控制系统） 若广义对象的传递函数可近视表示为典型的自衡过程 ，选择P或PI调节 ，选择PD或PID调节 ，用复杂控制。 第三章 简单控制系统的整定 §3-1 控制系统整定的基本要求 §3-2 衰减频率特性法定性分析 §3-3 工程整定方法 §3-4 参数自整定 §3-1 控制系统整定的基本要求 PID 广义被控对象 给定值r 被调量y e u 控制系统的任务是指在控制系统的结构已经确定、控制设备与控制对象等都处在正常状态的情况下,通过调整调节器的参数（δ、TI、TD)，使其与被控对象特性相匹配，以达到最佳的控制效果。 1. 参数整定 调整调节器参数的过程称为参数整定。当调节器的参数被整定到使控制系统达到最佳控制效果时，称为最佳整定参数。 2.参数整定的依据——性能指标 1）单项性能指标：衰减率、超调量、过渡过程时间。 ψ =0.75适应于大部分允许有一些超调的工业过程。 ψ =1适用于被控对象的惯性较大，且不允许有过调的控制系统。 2）误差积分指标：IE、IAE、ISE、ITAE等。 在实际系统整定过程中，常将两种指标综合起来使用。 一般先改变某些调节器参数（如比例带）使系统获得规定的衰减率，然后再改变另外的参数使系统满足积分指标。经过多次反复调整，使系统在规定的衰减率下使选定的某一误差指标最小，从而获得调节器的最佳整定参数。 3.调节器参数整定的方法 1）理论计算整定法：（根轨迹法、频率特性法）——基于数学模型通过计算直接求得调节器的整定参数，整定过程复杂，且往往由于被控对象是近似的，故所求得的整定参数不可靠。 2）工程整定法：临界比例带法、衰减曲线法、图表整定法。这写方法通过并不复杂的实验，便能迅速获得调节器的近似最佳整定参数，因而在工程种得到广泛的应用。 §3-2 衰减频率特性法定性分析 从控制理论得知，对于二阶系统，其特征方程 若有一对共轭复根： 对应的系统阶跃响应衰减率为 其中 ，称为系统相对稳定度 在根平面上有 β ω -α GC(s) GP(s) r y e u Wo(s) 1.衰减频率特性和稳定度判据 β ω -α A B O 当频率从 ，折线AOB上的任一点可表示为 将s的值带入系统开环传递函数 得到系统的开环衰减频率特性 对应的推广乃氏稳定性判据——稳定度判据为： 在复平面AOB折线右侧有p个极点，那么当频率从 时 逆时针包围（-1，j0）的圈数为p， 则闭环系统衰减率满足规定要求 若 若 在复平面AOB折线右侧无极点， 变化时， 不包围（-1，j0），则闭环系统衰减率满足规定要求 通过（-1，j0），则闭环系统衰减率满足规定要求 包围（-1，j0），则闭环系统衰减率满足规定要求 当频率从 β ω -α A B O 1.衰减频率特性法整定调节器参数 设满足 的特征方程为 即： 求得以上满足幅值条件和相位条件的所组成的方程组便可得到调节器的整定参数及振荡频率。 1）单参数调节器的参数整定 其中ωs是由相频特性求得的。 求解方程组： （1）比例调节器: GC(ms,jω)=KC （2）积分调节器: 求解方程组： 结论 由频率特性方程组可得到： 单参数调节器唯一整定参数 P调节和I调节的相频特性: 对同一对象： 相对稳定度m越小，系统振荡频率越高； P调节的振荡频率比I调节的振荡频率高。 ω m=0 m=0.221 m=0.366 -π/2 -π 0 ω1 ω2 ω4 ω6 ω5 ω3 2）双参数调节器的参数整定 （1）PI调节 由频率特性方程组 ，因此得到的解是多组解 解三个变量 ψ=0 ψ=0.75 ψ=0.9 TI=常数 (a)有自平衡能力的多容对象; (b)无自平衡能力的多容对象 ψ=0.75 ψ=0.9 ψ=0 s0 s0 s1 s1 PD控制系统的等衰减率曲线 (n-1)阶对象 n阶对象 (b) Td=T (a) （2）PD调节 由频率特性方程组 ，因此得到的解是多组解 解三个变量