自動控制原理：第三章 線性系統(tǒng)的時域分析法-3-5

1、Automatic Control Principle Page: 1自動控制原理自動控制原理 南南京京航航空空航航天天大大學學 3.5 線性系統(tǒng)的時域設計 控制系統(tǒng)設計的目的是實現(xiàn)有效的控制以滿足設定控制系統(tǒng)設計的目的是實現(xiàn)有效的控制以滿足設定的性能指標。為此，需要在系統(tǒng)中加入控制器調節(jié)系的性能指標。為此，需要在系統(tǒng)中加入控制器調節(jié)系統(tǒng)的性能。為改善二階系統(tǒng)性能，分別增加了測速反統(tǒng)的性能。為改善二階系統(tǒng)性能，分別增加了測速反饋控制和比例微分控制。饋控制和比例微分控制。 比例比例- -積分積分- -微分控制器微分控制器簡稱簡稱 PID (Proportion PID (Proportion I

2、ntegration Differentiation)Integration Differentiation)控制器是工程實踐控制器是工程實踐中應用最為廣泛的控制器。中應用最為廣泛的控制器。 PIDPID控制器具有串聯(lián)控制器具有串聯(lián)PIDPID控制和并聯(lián)控制和并聯(lián)PIDPID控制兩種基控制兩種基本形式，具有不要求精確數學模型、結構簡單、調節(jié)本形式，具有不要求精確數學模型、結構簡單、調節(jié)方便等特點。方便等特點。Automatic Control Principle Page: 2自動控制原理自動控制原理 南南京京航航空空航航天天大大學學 一、PID控制原理及形式1.PID1.PID控制器的輸入輸

3、出關系控制器的輸入輸出關系其中其中 分別為比例系數分別為比例系數、積分時間常數、積分時間常數和微分時間常數和微分時間常數pidKTT、 、01( )( )( )( )tpdide tu tKe te t dtTTdx其數學模型為其數學模型為圖示為工程中普遍使用的串聯(lián)圖示為工程中普遍使用的串聯(lián)PIDPID控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。( )G s1( )(1)( )( )cpdDiIPKUG sKTssKKTsEsssAutomatic Control Principle Page: 3自動控制原理自動控制原理 南南京京航航空空航航天天大大學學 2.PID2.PID控制器基本控制形式控制器基本控制形式pi

4、dKTT、 、參數參數 的不同組合可以構成的不同組合可以構成4 4種形式的控制器種形式的控制器 比例比例(P)(P)控制器控制器( )cpG sK 控制作用是放大誤差信號，加快系統(tǒng)響應速度，控制作用是放大誤差信號，加快系統(tǒng)響應速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差。減小穩(wěn)態(tài)誤差。 比例比例- -微分微分(PD)(PD)控制器控制器( )(1)cpdG sKT s 控制作用是引入誤差的變化，提高系統(tǒng)的響應速控制作用是引入誤差的變化，提高系統(tǒng)的響應速度，縮短過渡過程時間。度，縮短過渡過程時間。Automatic Control Principle Page: 4自動控制原理自動控制原理 南南京京航航空空航航天天大大學

5、學 1( )(1)cpiGsKT s 比例比例- -積分積分(PI)(PI)控制器控制器 控制作用是引入系統(tǒng)的累積誤差，增加系統(tǒng)的型控制作用是引入系統(tǒng)的累積誤差，增加系統(tǒng)的型別，提高控制精度，加強對擾動的抑制。別，提高控制精度，加強對擾動的抑制。例3.5-1 分析二階系統(tǒng)的比例-積分(PI)控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數為系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數為222(1)1( )(1)(2)(2)pnnipininKTsG sKTs s sTs s由于增加了積分環(huán)節(jié)，系統(tǒng)型別由由于增加了積分環(huán)節(jié)，系統(tǒng)型別由型提高為型提高為型。型。解：Automatic Control Principle Page: 5自動控制原理自動控制

6、原理 南南京京航航空空航航天天大大學學 二、PID控制器設計與參數整定1.PID1.PID控制器設計控制器設計 工程實際中，可以采用工程實際中，可以采用PIDPID控制控制器的某種基本控制形式，也可以根據工程實際需要器的某種基本控制形式，也可以根據工程實際需要或控制系統(tǒng)的實際情況，采用或控制系統(tǒng)的實際情況，采用分段分段PIDPID控制控制或或分類分類PIDPID控制控制，即在不同時間段，或在不同的工況下，采，即在不同時間段，或在不同的工況下，采取不同的取不同的PIDPID控制形式或采用不同的控制器參數?？刂菩问交虿捎貌煌目刂破鲄怠?隨著數字化測控儀器的廣泛應用，隨著數字化測控儀器的廣泛應用

7、，PIDPID控制器已控制器已成為標準配置，并出現(xiàn)了自適應成為標準配置，并出現(xiàn)了自適應PIDPID、模糊、模糊PIDPID等新等新型控制器。型控制器。00( )(),ktie t dtTe iTtkT( )()(1) )de te kTekTdxT 為采樣間隔為采樣間隔 為采樣數值為采樣數值Te微分器和積分器的數字化為微分器和積分器的數字化為Automatic Control Principle Page: 6自動控制原理自動控制原理 南南京京航航空空航航天天大大學學 2.PID2.PID控制器參數整定控制器參數整定 大致分為三類參數整定方法大致分為三類參數整定方法: : PIDPID控制器參

8、數的工程整定方法，簡單易行，得控制器參數的工程整定方法，簡單易行，得到廣泛應用，主要有臨界比例度法、飛升曲線法到廣泛應用，主要有臨界比例度法、飛升曲線法和衰減曲線法。和衰減曲線法。 在線優(yōu)化方法在線優(yōu)化方法，根據性能指標和優(yōu)化策略，在線，根據性能指標和優(yōu)化策略，在線自動調整參數。自動調整參數。 工程整定方法工程整定方法，主要是根據工程經驗，通過系統(tǒng)，主要是根據工程經驗，通過系統(tǒng)試驗現(xiàn)場整定；試驗現(xiàn)場整定； 理論計算方法理論計算方法，即由數學模型確定參數初值，再，即由數學模型確定參數初值，再在現(xiàn)場調整；在現(xiàn)場調整；Automatic Control Principle Page: 7自動控制原理自動控制原理 南南京京航航空空航航天天大大學學 臨界比例度法臨界比例度法在三種方法中具有代表性。在三種方法中具有代表性。1 1）只采用）只采用比例控制比例控制，逐漸增大逐漸增大 使系統(tǒng)出使系統(tǒng)出現(xiàn)現(xiàn)等幅振蕩等幅振蕩, ,得到臨界得到臨界比例系數比例系數