数控机床电气传动 05251PPT 052511自动控制理论基础.pptVIP

根据比例、积分、微分进行控制(简称PID控制)，是控制系统中应用最广泛的一种控制规律。 主要有以下优点： 1.技术成熟，通用性强； 2.原理简单，易被人们熟悉和掌握； 3.不需要建立数学模型 ； 4.控制效果好。 * * 单元二 直流主轴驱动 第一节 自动控制理论基础 重点: 1) 自动控制系统的调节原理。 2) PID控制系统的组成。 3) 比例、积分和微分控制作用。 难点： 正确理解比例、积分和微分三种控制规律的特点。 第一节 自动控制理论基础 自动控制： 在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象的被控量自动地按预先给定的规律去进行。 自动控制系统： 是由起控制作用的自动控制装置和被控制器控制的生产设备通过信号的传递、联系所构成的系统。简言之，就是指被控对象和控制装置的总体。 自动控制系统简介 锅炉汽包水位的控制示意图 锅炉汽包水位自动控制示意图 一、自动控制系统调节原理 单回路控制系统方框图的一般形式如下图所示，它是由被控对象、执行器、调节器（控制器）和测量变送器组成一个单闭环控制系统。 系统的给定量是某一定值，要求系统的被控制量稳定至给定量。由于这种系统结构简单，性能较好，调试方便等优点，故在工业生产中已被广泛应用。 * 反馈控制 给定（目标） 输出（控制结果） ——根据误差进行的控制 * 反馈控制 控制器 执行器 被控对象 测量/变送器 - + 目标 误差 输出 广义对象 PID 自动控制系统简介 调节器（自动控制器）的控制规律主要指控制单元的动态特性，它直接影响着自动控制系统的控制品质。 在一般情况下，被控对象的动态特性是不便于人为地加以改变的。为了得到满意的控制过程，总是根据被控对象的动态特性，选择合适的调节器（控制器）的控制规律。 三种基本控制作用 —比例控制作用 (1) 比例控制作用 定义： 比例控制作用是指控制器的输出与输入成比例关系。 动态方程式 三种基本控制作用 —比例控制作用 若e(t)为单位阶跃响应，则 e(t) 1 t t μ(t) Kp 三种基本控制作用 —比例控制作用 动作规律 1）Kp固定时，偏差e(t)愈大，执行机构输出位移 μ(t)也愈大； 2）偏差e(t)的变化速度de(t)/dt愈大，执行机构 输出位移的速度dμ(t) /dt也愈大。 三种基本控制作用 —比例控制作用 控制特点 优点：动作速度快，对于干扰有及时和很强的控制作用； 缺点：是有差调节，存在静态偏差，对于扰动较大，且惯性也较大的系统，很难兼顾动态和静态特性。 三种基本控制作用 —积分控制作用 (2) 积分控制作用 定义：积分控制作用是指执行机构的位移量的变化速度dμ(t) /dt与偏差信号e(t)成比例的作用。 动态方程式 三种基本控制作用 —积分控制作用 若e(t)为单位阶跃响应， e(t) t 1 μ(t) t Ti 三种基本控制作用 —积分控制作用 动作规律 1）只要被控对象的被控量不等于给定值（即偏差e存在），那么执行机构就会不停动作； 2）偏差e的数值越大，机构的移动速度dμ(t) /dt就越大； 3）e＝0时，偏差消失，执行机构停止动作。 三种基本控制作用 —比例控制作用 控制特点 优点：动作速度快，对于干扰有及时和很强的控制作用； 缺点：是有差调节，存在静态偏差，对于扰动较大，且 惯性也较大的系统，很难兼顾动态和静态特性。 三种基本控制作用 —微分控制作用 (3) 微分控制作用 定义：微分控制作用是指执行机构的位移量μ(t)与被控量的偏差e(t)的变化率成正比的作用。 动态方程式 三种基本控制作用 —微分控制作用 若e(t)为单位阶跃，则 e(t) t 1 t μ(t) Td 三种基本控制作用 —微分控制作用 若e(t)为匀速变化输入，则由 e(t) t t μ(t) Td k 三种基本控制作用 —微分控制作用 动作规律： 在控制过程刚开始时，被控量的偏差很小，但其变化速度却很大，可预见偏差变化的趋势，使执行机构产生一个较大的位移，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。 三种基本控制作用 —微分控制作用 控制特点： 优点：与P和I相比，具有起始超前和加强控制的作用，能有效减少控制过程的动态偏差。 缺点：控制结束，微分作用的输出也将为0，即执行机 构的位置最后恢复到原来数值，这不能适应负荷 的变化，不能满足控制要求。