調節(jié)規(guī)律PID(2)

1、一一. .積分控制器的動作規(guī)律0000)(1)()(udtteTudtteKtutiti1( )IiWsT sFKi: : 積分速度積分速度; ; Ti : : 積分時間積分時間F積分時間越大積分時間越大, ,積分作用越弱積分作用越弱F積分時間積分時間是指控制器在階躍是指控制器在階躍作用下，從起點到控制器輸出作用下，從起點到控制器輸出累計到與輸入量相等所需要的累計到與輸入量相等所需要的時間時間單容對象的積分調節(jié)過程 干擾通道11111)(1122sTKsTsTKsWi1112121)(TTKsTssTKi212200( )2K sTW sss 110TTKi1121KTTiT1=T220020

2、112)1(1)1()()(ssKTssTKTssTKsRsYii給定通道iiiTTKKKTTTTTK10110;21;ry )(0)(e 當當Ti (Ki)時，引起時，引起0; 穩(wěn)定性變差；穩(wěn)定性變差； 工作頻率工作頻率0 ，動作加快；，動作加快； 若系統穩(wěn)定，若系統穩(wěn)定，e( )穩(wěn)態(tài)偏差為零穩(wěn)態(tài)偏差為零;F對對給定通道給定通道，當，當Ti (Ki )時，引起最大動態(tài)偏時，引起最大動態(tài)偏差增大差增大(前向放大倍數增大前向放大倍數增大)；F對對干擾通道干擾通道，當，當Ti (Ki )時，引起最大動態(tài)偏差時，引起最大動態(tài)偏差減小減小 ( 控制作用強而有效抑制干擾控制作用強而有效抑制干擾 )只要有

3、偏差存在，控制器就會一直調整 輸出，直到偏差為零積分環(huán)節(jié)有90相角滯后，增加一個 滯后環(huán)節(jié)，使過程變慢。Frequency (rad/sec)Phase (deg); Magnitude (dB)Bode Diagrams-40-20020From: U(1)10-1100101102-91-90.5-90-89.5-89To: Y(1)( )(0)( )( )PPiKu tuK e te t dtT111( )(1)(1)PIPiiWsKT sT s二、比例積分控制過程特點二、比例積分控制過程特點 無差控制 比例控制作用為主 積分控制作用為輔 （僅用于消除穩(wěn)態(tài)偏差） 比例、積分作用的參數 要

4、相互配合后期三、三、單容對象配比例積分調節(jié)器的控制過程單容對象配比例積分調節(jié)器的控制過程 TsKsTKTsKsDsCiP1)11 (111)()(PiPiiKKsTKKsTTsKTsDsC)1 ()()(22200()( )( )2KsC sTD sssiPTTKK0KTKTi2)(22000()1()02limsKsTcssss 令：D=1四、積分飽和u0.100.140.10 -100%100%rI調節(jié)器在e存在時，就會調節(jié)，其輸出不停地變化，若閥門關閉或泵故障，e一時無法消除，由于調節(jié)器總要校正e,一段時間后調節(jié)器輸出u會進入深度飽和，稱積分飽和。要等e反向以后慢慢從飽和狀態(tài)退出，重新恢

5、復控制作用。t1t2t3一、微分作用及其特點一、微分作用及其特點 理想微分理想微分理想微分調節(jié)規(guī)律表達式，在偏差作階躍變化理想微分調節(jié)規(guī)律表達式，在偏差作階躍變化時的瞬間，控制作用將為無窮大量，任何物理元時的瞬間，控制作用將為無窮大量，任何物理元件都不可能實現。件都不可能實現。( )DdWsT sWhy?T Td d - -理想微分時間理想微分時間超前調節(jié)超前調節(jié)( )( )( )(0)(0)ddde tdc tu tuTuTdtdt因因為為則系統穩(wěn)定后，則系統穩(wěn)定后，若若de(t)/dtde(t)/dt很小，由于實際調節(jié)器很小，由于實際調節(jié)器有失靈區(qū)，調節(jié)器不動作，會長時間有失靈區(qū)，調節(jié)器不

6、動作，會長時間積累積累e(t).e(t).當當 為等速積分變化時為等速積分變化時，則，則為為恒定值，不能變化，故不符合實際系統的恒定值，不能變化，故不符合實際系統的要求，無法單獨使用。要求，無法單獨使用。C(t)實際微分實際微分Td ， 微分作用微分作用Kd ，微分作用微分作用( )( )11DDDdDddKKWsT sWsT sT s 微分時間微分時間Td； 微分增益微分增益Kd 提供提供0至至90o導前角，改善系統動態(tài)特性導前角，改善系統動態(tài)特性 微分作用在靜態(tài)時輸出為微分作用在靜態(tài)時輸出為 0 ，無控制作用，無控制作用(0)1limDdDsdKT sEUKET sss 0(0)01lim

7、DdsdK T sEUT sss)(U初期Frequency (rad/sec)Phase (deg); Magnitude (dB)Bode Diagrams-2002040From: U(1)10-11001011028989.59090.591To: Y(1)ssGD)(Frequency (rad/sec)Phase (deg); Magnitude (dB)Bode Diagrams-20-1001020From: U(1)10-1100101102020406080100To: Y(1)10,11 . 0)(dDKsssG 傳遞函數)111sKTsTddd（FD 和 PD 階躍響應

8、曲線（見下頁）012345600.511.522.533.543( ),3141( )1DdP DsGsKssGssDPD) 1)(1()1 (1) 1)(1 ()()()(2121sTsTKsTKsTsTKsDsCsWdP122200()( )2KTTW sssPdPPKKTKKTTTTKK112121212101TTKKP)1 (22121PPKKTTTT)1 (221PdPPPDKKTTTKK 對穩(wěn)定性的影響對穩(wěn)定性的影響適當引入微分，可提高系統穩(wěn)定性適當引入微分，可提高系統穩(wěn)定性PDPD P P 阻尼比阻尼比PD PD 的增加使控制過程的超調量減小，從而使過的增加使控制過程的超調量減小

9、，從而使過渡過程的動態(tài)偏差減小渡過程的動態(tài)偏差減小 對穩(wěn)態(tài)性能的影響對穩(wěn)態(tài)性能的影響無作用無作用 對其它性能指標的影響對其它性能指標的影響 引入引入T Td d ，可提高快速性，提高系統的工作頻率，可提高快速性，提高系統的工作頻率1( )() 11PPPKcKKKKK sssTTKcss12)()(2002210lim令：D=1 在實際應用中，微分作用的大小一定要適度，過大在實際應用中，微分作用的大小一定要適度，過大的微分作用會造成調節(jié)閥時而全關時而全開的大幅的微分作用會造成調節(jié)閥時而全關時而全開的大幅度的動作，這是多數生產過程所不允許的。度的動作，這是多數生產過程所不允許的。FTdTd太大或

10、太小，都會破壞系統的穩(wěn)定性太大或太小，都會破壞系統的穩(wěn)定性見下例F由于常規(guī)調節(jié)器的微分增益由于常規(guī)調節(jié)器的微分增益K Kd d大多固定不變，因此工大多固定不變，因此工程中大多通過調整微分時間程中大多通過調整微分時間T Td d來調整微分作用的強弱。來調整微分作用的強弱。 特征方程：按Roth判據可得，穩(wěn)定范圍為 1.32Td7.68 GcGpsTsGdc1)() 13)(12)(1(1)(sssssGp01)1 (6116234sTsssd)11 (1)(sTsTsGdi1、PID的動作規(guī)律：)111 (1)(sKTsTsTsGdddiPID)111 (1)(sTsTKsTsGDDdiPID或

11、)11 (1)(sTsTsGdi理想PID的動作規(guī)律：e0Ti2、實際PID階躍響應與特征參數ee Kd,iTB OeA Oddde KACTAEK(1)PID調節(jié)兼具P、I、D的優(yōu)點，是一種比較完善的調節(jié)規(guī)律(2)PID有三個可調參數： ,Ti , Td (Kd)3、三種作用的相互配合改變 不改變P 、I 、D作用的相對大小，但分別影響P 、I 、D4、PID調節(jié)過程的定性分析（1） 把P I D 看作在P I基礎上加入D作用，只要配合得當，一定會避免過分振蕩。保證一定的穩(wěn)定性 （ P起主要作用）消除偏差（ I起主要作用）減小動態(tài)偏差，縮短過渡過程時間（ D起主要作用）(2) P I D調節(jié)一般只適用于多容對象的系統P P 作用貫徹于整個調節(jié)過程之中。作用貫徹于整個調節(jié)過程之中。I I 作用體現在調節(jié)過節(jié)過程的后期，用以消除靜態(tài)偏差。作用體現在調節(jié)過節(jié)過程的后期，用以消除靜態(tài)偏差。D D 作用體現在調節(jié)過程的初期。作用體現在調節(jié)過程的初期。 , Ti , Td 5、說明：（3）參數的整定需要考慮 ,Ti , Td =？（1） 盡管P I D 比較完善，但對對象容積遲延、慣性很大的系統也無能為力。(2) P I D中， P 、I 、D環(huán)節(jié)存在相互干擾，