9 简单控制系统(PID控制规律)解读.pptVIP

PID控制算法离散化 时间上是离散断续进行的 某一时刻根据测量值与设定值的偏差计算出的输出值要保持到下一采样时刻才可能发生变化 离散PID控制是根据对模拟控制器的理想PID算法加以离散化得来的。 连续时间t 采样时刻点KT 离散化 2.3 控制器基本控制规律 位置式PID控制算法 求和取代积分 差分取代微分 控制器实际输出 2.3 控制器基本控制规律 位置式PID控制系统 2.3 控制器基本控制规律 位置式PID控制算法带来的问题 对e(k)的累加增大了计算机的存储量和运算的工作量 u(k)的直接输出易造成执行机构的大幅度动作 有些应用场合要求增量式u(k) 增量式PID控制 两次采样时间间隔内控制阀开度的变化量，通过步进电机等累积机构，将其转换成模拟量 2.3 控制器基本控制规律 为编程方便，增量式PID可采用如下形式 式中 2.3 控制器基本控制规律 增量式PID控制系统示意图 位置式PID控制系统示意图 2.3 控制器基本控制规律 增量式PID控制算法的优点 不累加误差，增量的确定仅与最近几次偏差采样值有关，计算精度对控制量的计算影响较小； 得出的是控制量的增量，误差动作影响小； 增量型算法不对偏差做累加，因而也不易引起积分饱和。 2.3 控制器基本控制规律 速度式PID控制 控制器输出的变化速率，表征控制阀在采样周期内的平均变化速度 2.3 控制器基本控制规律 * 过程控制 过程控制 防灾科技学院防灾仪器系 姚振静 * 在普通PID算法中加入一个一阶惯性环节（低通滤波器） 第二章 简单控制系统 主要内容 2.3 控制器基本控制规律 2.3.1 PID控制算法 2.3.2 离散PID控制算法 （6）比例微分控制 比例微分控制器的数学表达式是 式中，Td为微分时间。 2.3 控制器基本控制规律 当输入偏差为阶跃信号时，比例微分控制器的输出为 比例微分控制器的输出是比例作用和微分作用两部分之和，其输入输出特性曲线的形状与实际的微分控制相似，只是起点和终点的幅度不同，都与比例增益有关，可调整。 2.3 控制器基本控制规律 在扰动幅度较大或过程容量滞后较大的系统中，适当引入微分作用，可在一定程度上提高系统的控制质量。 原因是：当控制器在感受到偏差后再进行调节，过程已经受到较大幅度扰动的影响，或扰动已经作用了一段时间。引入微分作用后，当被控变量一有变化时，根据变化趋势适当加大控制器的输出信号，将有利于克服扰动对被控变量的影响，抑制偏差的增长，从而提高系统的稳定性。 2.3 控制器基本控制规律 微分时间对系统过渡过程的影响 如果微分时间太小，对系统的控制指标没有影响或影响甚微； 如果微分时间适当，系统的控制指标得到全面改善； 如果微分时间太大，引入太强的微分作用，反而导致系统产生剧烈的振荡。 2.3 控制器基本控制规律 PD作用下系统的阶跃响应 微分时间越大，微分作用越强，响应速度越快，系统越稳定。 2.3 控制器基本控制规律 PD调节也是有差调节 ∵在稳态下，de／dt＝0，PD调节器的微分部分输出为零。 微分调节有提高控制系统稳定性的作用 ∵ 微分调节动作总是力图抑制被调量的振荡 引入微分动作要适度，当TD超出某一上限值后，系统反而变得不稳定 适度引入微分动作可以允许稍许减小比例度 这样可以减小残差、减小短期最大偏差、提高振荡频率同时保持衰减率不变。 比例微分控制的特点 2.3 控制器基本控制规律 （7）比例积分微分控制 比例、积分、微分三种控制方式各有其独特的作用。比例控制是基本的控制方式，自始至终起着与偏差相对应的控制作用，但存在余差；添加积分控制后，可以消除纯比例控制无法消除的余差；添加微分控制，可以在系统受到快速变化干扰的瞬间，及时加以抑制，增加系统的稳定程度。 2.3 控制器基本控制规律 反馈控制系统 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 2.3 控制器基本控制规律 常规PID控制系统的原理 输入：控制偏差e ( t ) = r ( t ) - y ( t ) 输出：偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)的线性组合。 比例作用的输出与偏差大小成正比； 积分作用的输出变化速度与偏差成正比； 微分作用的输出与偏差变化速度成正比。 2.3 控制器基本控制规律 比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。 比例作用大，可以加快调节，减少误差。 但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 2.3 控制器基本控制规律 积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输