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PID控制原理 PID控制的特点 比例控制(P控制) 比例积分控制(PI 控制) 比例积分微分控制(PID控制) 数字PID控制 利用MATLAB实现PID控制规律 PID控制的特点 PID 控制是比例积分微分控制 。(Proportional-Integral-Differential) 历史最久、应用最广，适应性最强的控制方 式 在工业生产过程中，PID控制算法占85%～90% 2 PID控制的特点 反馈控制 ——根据误差进行的控制 3 PID控制的特点 反馈控制 测量/变送器 广义对象 PID 误差 控制器 执行器 被控对象 目标 十 输出 4 微分 。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 PID控制的特点 常规PID控制系统的原理 比例 r(t) e(t 积分 比例系数 积分时间常数 微分时间常数 u(t) 义被控对象 K 。—— T₁—— T,—— 式 中 y(t) 5 PID控制的特点 PID控制具有以下优点： ①原理简单，使用方便。 ②适应性强，可以广泛应用于化工、热工、冶金、炼油 以及造纸、建材等各种生产部门。 ③鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大 敏感。 ④对模型依赖少。 按 PID控制进行工作的自动调节器早已商品化。 6 PID 控制的特点 在过程控制中，绝大部分都采用 PID 控制。 例外的情况有两种。 一种是被控对象易于控制而控制要求又不高 的，可以采用更简单的开关控制方式。 另一种是被控对象特别难以控制而控制要求 又特别高的情况，这时如果 PID 控制难以达 到生产要求就要考虑采用更先进的控制方法。 7 比例调节(P调节) 比例控制的调节规律和比例带 比例控制的特点 比例带对控制过程的影响 8 比例控制的调节规律和比例带 在 P调节中，调节器的输出信号u 与偏差 信号e成比例，即 u=K。e 式 中 ，K.称为比例增益(视情况可设置为 正或负)。 9 比例控制的调节规律和比例带 ·在实际应用中，由于执行器的运动(如阀 门开度)有限，控制器的输出u(t)也就被限制 在一定的范围之内 · 换句话说，在K.较大时，偏差e(t) 仅在一 定的范围内与控制器的输出保持线性关系。 10 比例控制的调节规律和比例带 ·图1说明了偏差与输出之间保持线性关系的范围 ·图中偏差在-50%-50%范围变化时， ·如果Kc=1, 则控制器输出u(t) 变化在0～100%范围(对应阀 门的全关到全开),并与输入e(t) 之间保持线性关系。 ·Kc1时，制器输出u(t)与输入e(t)之间的线性关系只在 -50%/Kc～50%/Kc 满足。 11 比例控制的调节规律和比例带 · 当 |e(t) 超出该范围时，控制器输出具有饱和特 性，保持在最小或最大值。 。因此，比例控制有一定的应用范围，超过该范围 时，控制器输出与输入之间不成比例关系。 。这表明，从局部范围看，比例控制作用表示控制 输出与输入之间是线性关系，但从整体范围看，两者 之间是非线性关系。 12 · P调节对偏差信号能做出及时 反应，没有丝毫的滞后。 · 输出u实际上是对其起始值的 增量。因此，当偏差e为零， 因而u=0 时，并不意味着调节 器没有输出，它只说明此时有 u=u₀ 。 。 v₀ 的大小是可以通过调整调节 器的工作点加以改变的。 比例控制的调节规律和比例带 u=K.e ug 13 比例控制的调节规律和比例带 2. 比例带及其物理意义 ① 比例带的定义 在过程控制中，通常用比例度表示控制输出 与偏差成线性关系的比例控制器输入(偏差)的范 围。因此，比例度又称为比例带，其定义为 式中.[emin,emx]为偏差信号范围，即仪表的量程； 为控制器输出信号范围，即控制器输出的工作范围。 ⑤ 14 比例控制的调节规律和比例带 如果采用单元组合仪表，调节器的输入和输出都 是统一的标准信号，即。 , 则 有 二 ex100 100% (4-3) U 此时比例带(比例度)6 与比例增益成反比，比 例带小，则较小的偏差就能激励调节器产生100% 的开度变化，相应的比例增益就大。 15 比例控制的调节规律和比例带 ②5具有重要的物理意义 u 代表调节阀开度的变化量，δ就代表使调节阀开度改变100% 即从全关到全开时所需要的被调量的变化范围。 。例如，若测量仪表的量程为100℃,则δ= 50%就表示被调量 需要改变50℃才能使调节阀从全关到全开。 当被调量处在“比例带”以内 。调节阀的开度(变化)才与偏差成比例。 超出这个“比例带”以外 。调节阀已处于全关或全开