03__PID控制器运算规律和构成方式(一).pptVIP

内容回顾;本讲知识点;什么是控制器的运算规律？;对输入偏差?ε而言，由于其初值为零，因此 ?ε =ε;PID运算规律的表示形式;二、实际PID控制器;只有比例运算规律的控制器称为P控制器。对PID控制器而言，当积分时间TI→∞，微分时间TD→0时，控制器呈P控制特性。; 简单的比例控制系统动画;P控制反应快，控制及时，但系统有余差。;在实际控制器中常用比例度（或称比例带）δ来表示比例作用的强弱。;逊仙蛮收享士坝匙哭松蠕宝哼出述因丝弱贝班霖警巨准毁裴赊片告俄议郁03__PID控制器运算规律和构成方式(一)03__PID控制器运算规律和构成方式(一);比例度与系统稳定性的关系:;例题：一台比例作用的温度控制器，其温度的变化范围为400~800℃，控制器的输出范围是4~20mA。当温度从600℃变化到700℃时，控制器相应的输出从8mA变为12mA，试求该控制器的比例度。;(3)比例度δ对系统过渡过程的影响 ;④ 最大偏差在两类外作用下不一样，在扰动作用下，δ越小，最大偏差越小；在设定作用下且系统处于衰减振荡时，δ越小，最大偏差却越大。因为最大偏差取决于余差和超调量。;选择比例度δ的原则： 一般地，若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，控制器的比例度δ要小，以提高系统的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程的曲线较好。反之，比例度δ就要大，以保证系统稳定。;具有比例积分控制规律的控制器称为PI控制器。对PID控制器而言，当微分时间TD＝0时，控制器呈PI控制特性。;积分作用能消除余差。因为只要有偏差存在，积分作用的输出就会随时间不断变化，直到偏差消除，控制器的输出才稳定下来。 由于积分输出是随时间积累而逐渐增大的，故控制作用缓慢，造成控制不及时，使系统稳定裕度下降。因此积分作用一般不单独使用，而是和比例作用组合起来构成PI控制器。 积分作用输出变化的快慢与输入偏差 ε的大小成正比，而与积分时间TI成反比。 比例积分控制作用既控制及时，又能消除余差。;当积分作用输出与比例作用输出相等时，;积分时间对过渡过程的影响;实际PI控制器的传递函数为：;积分增益KI的意义：在阶跃偏差信号作用下，实际PI输出变化的最终值（假定偏差很小，输出值未达到控制器的输出限幅值）与初始值（即比例输出值）之比：;当控制器的输出稳定在某一值时，测量值与给定值之间存在的偏差通常称为控制点偏差。当控制器的输出变化为满刻度时，控制点的偏差达最大，其值可以表示为：;控制点最大偏差的相对变化值即为控制器的控制精度（?）。考虑到控制器输入信号（偏差）和输出信号的变化范围是相等的，因此，控制精度可以表示为：;(3)积分时间TI对系统过渡过程的影响 在一个纯比例控制的闭环系统中引入积分作用时，若保持控制器的比例度δ不变，则可从下图所示的曲线族中看到，随着TI减小，则积分作用增强，消除余差较快，但控制系统的振荡加剧，系统的稳定性下降；TI过小，可能导致系统不稳定。TI小，扰动作用下的最大偏差下降，振荡频率增加。;结论： 在比例控制系统中引入积分作用的优点是能够消除余差，然而降低了系统的稳定性；若要保持系统原有的衰减比，必须相应加大控制器的比例度，这会使系统的其它控制指标下降。因此，如果余差不是主要的控制指标，就没有必要引入积分作用。 由于比例积分控制器有比例度δ和TI两个参数可供选择，因此适用范围比较宽广，??数控制系统都可以采用。;(4)积分饱和及防止 积分饱和指的是一种积分过量现象。 ;压力放空系统（保证压力不超限）中，设定值为压力的容许限值，在正常情况下，放空阀是全关的，实际压力总是低于此设定值，偏差长期存在。假设采用气关阀（气源中断时保证安全），由于正常工况下偏差一直存在，控制器输出会达到上限。在偏差反向后，阀门的开关状态不变，控制器未能起到它应该起的作用。;结论： 凡是长期存在偏差的简单控制系统，常会出现积分饱和的现象。复杂控制系统也会出现积分饱和现象。 解决积分饱和问题的常用方法是采用PI-P控制规律。当控制器输出在某一范围之内时。采用PI控制规律，目的消除余差；当超出某一限值时，采用P作用，目的防止积分饱和。 另外，还有积分限幅法，变速积分法等。