第二章过程控制的比例积分微分控制及其调节过程.pptVIP

第二章 比例积分微分控制及其调节过程; 掌握调节器的正反作用方式的确定 掌握PID调节的动作规律和特点 了解PID控制规律的选取原则; 了解积分饱和现象及防积分饱和措施 ;2.1 基本概念;在PID控制系统中,比例, 积分,微分三个环节起着不同的作用: 比例环节:对偏差瞬间作出快速反映.偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用,使控制量向减少偏差的方向变化. 比例控制作用的强弱起决于比例系数. 积分环节:把偏差的积累作为输出.在控制过程中,只要有偏差存在,积分环节的输出就会不断变化. 直到偏差e(t)=0, 输出量u(t)才可能维持在某一常量，使系统在给定值r不变的条件下趋于稳态．;微分环节：作用是阻止偏差的变化．它是根据偏差的变化趋势(变化速度)进行控制的．偏差变化得越快，微分环节的输出就越大，并能在偏差值变大之前进行修正． PID控制中三个环节分别是对偏差的现在，过去和将来进行控制．它通过以不同的比重将比例，积分和微分三个控制环节叠加起来对被控对象进行控制，以满足不同的性能要求．;③ 放大元件：将比较元件给出的偏差信号进行放大，用来推动执行机构 　 去控制被控对象．对于电压偏差信号，可用晶体管，集成电路，晶闸　 　 管等组成的电压放大级和功率放大级加以放大．;负反馈：引入负反馈后使净输入量变小. 它主要是通过输入,输出之间的差值作用于控制系统. 这个差值就反映了要求的输出和实际的输出之间的差别.控制器的控制策略是不停减小这个差值,以使差值变小.负反馈形成的系统,控制精度高,系统运行稳定. ;正作用，反作用方式：;设置的目的：保证控制系统成为负反馈。 负反馈准则：控制系统开环总增益为正 开环总增益：各组成环节的增益之积 环节的增益：当环节输入增加时，其输出增加则为+;常见环节的增益的符号的确定;调节器正反作用方式的选择方法:;调节器的正反作用也可以借助于控制系统方框图加以确定．当控制系统包含多个串联环节时，要组成负反馈，要求闭合回路上所有环节(包括调节器的运算部分在内)的增益的乘积为正数．;3) 加热过程;4) 冷却过程;正作用方式: y↑?u↑,调节器增益为“+”, Kc(调节器运算部分增益)为“-”;2-2 比例调节(P调节）;其中δ称为比例带，其意义为: 如果输出u直接代表调节阀开度的变化量,那么δ就代表使调节阀开度改变100%, 即从全关到全开时所需的被调量的变化范围. 只有当被调量处于这个范围之内, 开度才与偏差成正比,超出这个比例带之外,调节阀已经处于全关或全开的状态, 暂时失去控制作用.;例:某气动比例温度控制器的输入范围为500～1000℃, 输出范围为20～100KPa，当控制器输入变化200℃时，其输出信号变化40KPa，则该控制器的比例度为多少？;二 比例调节的特点 　有差调节;加热器出口水温控制系统;直线1：是比例调节器的静特性, 即调节阀开度随水温变化的情况. δ↑,斜率↑ 曲线2和3：分别代表加热器在不同的热水流量下的静特性,他们表示加热器在没有调节器控制时,在不同流量下的稳态出口水温与调节阀开度之间的关系;直线1与直线2的交点O：代表在热水流量为Q0，在P调节下的稳态运行点。此时出口水温为θ0，调节阀开度为u0. 若热水流量减小为Q1，则调节过程结束后，新的稳态点将是直线1与3的交点A。 P调节下残差为: θA-θ0 无调节下: θB-θ0 ;残差的计算:;三 比例带对于调节过程的影响;δ对调节过程的影响： δ增大,则比例系数减小,由比例调节器输出u=Kc*e,则调节阀的动作幅度减小. 因此被调量的变化比较平稳, 甚至可以没有超调,但残差大,调节缓慢,调节时间长． δ减小, 则比例系数增大,调节阀的动作幅度增大,引起被调量来回波动, 但系统仍可能是稳定的, 残差相应减小. δ具有一个临界值, 此时系统处于稳定边界的情况, 进一步减小δ系统就不稳定了．;δ对于比例调节过程的影响;Kc对控制系统性能的影响;比例调节的特点;四 比例带的选择原则;2-3 积分调节 (I调节);举例：自力式气压调节阀原理;被调量: p 　;二 积分作用的特点---无差调节 ;S0/s;三　积分速度对于调节过程的影响;Ti对控制系统性能的影响;P与I调节过程的比较;积分调节可以克服比例调节不能消除的静态误差, 积分调节器的输出不但取决于偏差的大小, 还取决于偏差存在的时间, 不管负荷如何变化,它都能把偏差完全补偿． 单独的积分调节实际中很少, 因为它的调节作用随时间的积累逐渐加强, 因此调节动作慢, 过渡时间长,且使动态偏差增加.积分调节器经常作为一种辅助的调节使用, 以发挥它的消除残差的特点.;2.4 比例积分调节 (PI调节);PI调节器的阶跃响应,由比例动作和积分