單回路PID控制ppt課件

1、 3 單回路PID控制Outlinen掌握調(diào)節(jié)閥的流量特性及開(kāi)關(guān)選擇原則n掌握單回路控制器“正反作用的選擇原則；n掌握單回路控制系統(tǒng)的常用性能指標(biāo)；n掌握PID控制律的意義及與控制性能的關(guān)系。3.1 控制閥的選擇控制閥的選擇控制閥概述控制閥概述 n控制閥或執(zhí)行器是過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。它的作用是接收控制器送來(lái)的控制信號(hào)，改變被控介質(zhì)的流量，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。n執(zhí)行器的動(dòng)作是由調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)通過(guò)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，在用電信號(hào)作為控制信號(hào)的控制系統(tǒng)中，目前廣泛應(yīng)用以下三種控制方式，如下圖所示。執(zhí)行器的構(gòu)成及控制形

2、式 執(zhí)行器的分類：執(zhí)行器的分類： 按動(dòng)力能源分類 分為氣動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)執(zhí)行器、液動(dòng)執(zhí)行器。氣動(dòng)執(zhí)行器利用壓縮空氣作為能源，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、平穩(wěn)、輸出推力較大、維修方便、防火防爆，而且價(jià)格較低；它可以方便的與氣動(dòng)儀表配套使用，即使是采用電動(dòng)儀表或計(jì)算機(jī)控制時(shí)，只要經(jīng)過(guò)電/氣轉(zhuǎn)換器或電/氣閥門定位器，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為0.020.1MPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)，仍然可用氣動(dòng)執(zhí)行器 按動(dòng)作極性分類 分為正作用執(zhí)行器和反作用執(zhí)行器 按動(dòng)作行程分類 分為角行程執(zhí)行器和直行程執(zhí)行器 按動(dòng)作特性分類 分為比例式執(zhí)行器和積分式執(zhí)行器控制閥的選擇內(nèi)容：控制閥的選擇內(nèi)容：n口徑大小n開(kāi)閉形式n流量特性n結(jié)構(gòu)型式口

3、徑大小的選擇口徑大小的選擇n控制閥口徑大小直接決定著控制介質(zhì)流過(guò)的能力。n準(zhǔn)繩：控制閥口徑不宜選的太大，也不宜選的太小，留有余地。n控制閥口徑大小通過(guò)計(jì)算控制閥流通能力的大小來(lái)決定，控制閥流通能力必須滿足生產(chǎn)控制的要求并留有一定的余地。以通過(guò)閥的最大流量時(shí)閥的開(kāi)度90%來(lái)驗(yàn)證。調(diào)節(jié)閥的工作流量特性分析調(diào)節(jié)閥的工作流量特性分析閥阻比閥阻比 S100：調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)的兩端壓降與系統(tǒng)總壓降：調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)的兩端壓降與系統(tǒng)總壓降之比，即之比，即10010010010011pppppSeepSepppSpep0Qpn 為了保證控制閥具有一定的可控范圍，必須使閥兩端的壓降在整個(gè)管線總壓降中有較大的比例。nS值

4、小，可控范圍就窄，將導(dǎo)致控制閥特性的畸變，使控制效果變差。調(diào)節(jié)閥工作流量特性續(xù)）調(diào)節(jié)閥工作流量特性續(xù)）100806040200204060801003.3q 100l 100S100= 10.750.500.20100806040200204060801003.3q 100l 100S100= 10.800.500.20線性閥的特性變異對(duì)數(shù)閥的特性變異LlQQKv/max氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)u(t)：控制器輸出 ( 420 mA 或 010 mA DC)；pc ：調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)控制信號(hào)；l：閥桿相對(duì)位置； f ：相對(duì)流通面積；q ：受調(diào)節(jié)閥影響的管路相對(duì)流量。執(zhí)行機(jī)構(gòu)電氣轉(zhuǎn)換器閥體管路

5、系統(tǒng)u(t)pclfq執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥體.pc控制閥氣開(kāi)氣關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖控制閥氣開(kāi)氣關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖 閥門的閥門的“氣開(kāi)與氣開(kāi)與“氣關(guān)氣關(guān)”1. 氣開(kāi)閥與氣關(guān)閥氣開(kāi)閥與氣關(guān)閥 * 氣開(kāi)閥：氣開(kāi)閥： pc f (“有氣則開(kāi)有氣則開(kāi)”) * 氣關(guān)閥：氣關(guān)閥： pc f (“有氣則關(guān)有氣則關(guān)”) 無(wú)氣源無(wú)氣源( pc = 0 )時(shí)，氣開(kāi)閥全關(guān)，氣關(guān)閥全時(shí)，氣開(kāi)閥全關(guān)，氣關(guān)閥全開(kāi)。開(kāi)。n2. 氣開(kāi)閥與氣關(guān)閥的選擇原則氣開(kāi)閥與氣關(guān)閥的選擇原則n 首先要從安全生產(chǎn)出發(fā)首先要從安全生產(chǎn)出發(fā)n其次從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)其次從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)n還要考慮減少經(jīng)濟(jì)損失還要考慮減少經(jīng)濟(jì)損失n考慮介質(zhì)的特性考慮介質(zhì)的特性n若無(wú)氣源時(shí)，

6、希望閥全關(guān)，則應(yīng)選擇氣開(kāi)閥，若無(wú)氣源時(shí)，希望閥全關(guān)，則應(yīng)選擇氣開(kāi)閥，如加熱爐瓦斯氣調(diào)節(jié)閥；若無(wú)氣源時(shí)，希望閥如加熱爐瓦斯氣調(diào)節(jié)閥；若無(wú)氣源時(shí)，希望閥全開(kāi)，則應(yīng)選擇氣關(guān)閥，如加熱爐進(jìn)風(fēng)蝶閥。全開(kāi)，則應(yīng)選擇氣關(guān)閥，如加熱爐進(jìn)風(fēng)蝶閥。調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)氣關(guān)選擇調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)氣關(guān)選擇出料進(jìn)料冷卻劑TCTC進(jìn)料出料燃料TTmTspRfuFCn 從保護(hù)鍋爐出發(fā)，應(yīng)選用氣閉閥；從保護(hù)后續(xù)設(shè)備出發(fā)，應(yīng)選用氣開(kāi)閥。主要要分清主次矛盾。生產(chǎn)工藝對(duì)控制閥的開(kāi)閉形式?jīng)]有嚴(yán)格的要求開(kāi)閉形式可以任選。LC給水蒸汽n假設(shè)右圖為液體儲(chǔ)槽，控制液位為恒定，要求內(nèi)部液體嚴(yán)禁溢出，選擇控制閥的開(kāi)閉形式？n（1選擇流入量F1為控制變量n（2

7、選擇流出量F2為控制變量F1F2調(diào)節(jié)閥的理想流量特性調(diào)節(jié)閥的理想流量特性100806040200204060801003.3f 100l 1001243調(diào)節(jié)閥理想流量特性：通調(diào)節(jié)閥理想流量特性：通過(guò)控制閥的流量和閥門開(kāi)過(guò)控制閥的流量和閥門開(kāi)度之間的函數(shù)關(guān)系。度之間的函數(shù)關(guān)系。( )flf 為相對(duì)流量；l 為相對(duì)開(kāi)度：n 線性閥1）：fKdldfn 等百分比閥或稱對(duì)數(shù)閥等百分比閥或稱對(duì)數(shù)閥2）：）：fKdldff調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥4種理想流量特性種理想流量特性調(diào)節(jié)閥流量特性總結(jié)調(diào)節(jié)閥流量特性總結(jié)n 線性閥：在理想情況下，調(diào)節(jié)閥的放大增益Kv與閥門開(kāi)度無(wú)關(guān)；而隨著管路系統(tǒng)閥阻比的減少，當(dāng)開(kāi)度到達(dá)50 7

8、0%時(shí)，流量已接近其全開(kāi)時(shí)的數(shù)值，即Kv隨著開(kāi)度的增大而顯著下降。n 對(duì)數(shù)閥：在理想情況下，調(diào)節(jié)閥的放大增益Kv隨著閥門開(kāi)度的增大而增加；而隨著管路系統(tǒng)閥阻比的減少， Kv 漸近于常數(shù)?？刂崎y結(jié)構(gòu)形式的選擇控制閥結(jié)構(gòu)形式的選擇 閥結(jié)構(gòu)形式 特點(diǎn)及使用場(chǎng)合 直通單座閥前后壓降低，適用于要求泄露量小的場(chǎng)合 直通雙座閥前后壓降大，適用于要求泄露量較大的場(chǎng)合 角閥適用于高壓，高粘度的，含懸浮物或顆粒狀物質(zhì)的場(chǎng)合 高壓閥適用于高壓控制的特殊場(chǎng)合 蝶閥適用于有懸浮物的液體、大流量氣體、壓差低、允許泄露量大的場(chǎng)合 隔膜閥適用于有腐蝕介質(zhì)的場(chǎng)合 三通閥適用于分流或合流的控制場(chǎng)合控制閥的結(jié)構(gòu)形式調(diào)節(jié)閥流量特性的

9、選擇調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇n 選擇原則：選擇原則：n僅當(dāng)對(duì)象特性近似線性而且閥阻比大僅當(dāng)對(duì)象特性近似線性而且閥阻比大于于 0. 60 以上即調(diào)節(jié)閥兩端的壓差基本以上即調(diào)節(jié)閥兩端的壓差基本不變），才選擇線性閥，如液位控制系不變），才選擇線性閥，如液位控制系統(tǒng)；其他情況大都應(yīng)選擇對(duì)數(shù)閥。統(tǒng)；其他情況大都應(yīng)選擇對(duì)數(shù)閥?！皬V義對(duì)象的概念廣義對(duì)象的概念控制器GC (s)執(zhí)行器GV (s)控制通道GP (s)測(cè)量變送Gm (s)ysp(t)+_u(t)q(t)擾動(dòng)D(t)干擾通道GD (s)+廣義對(duì)象y(t)ym (t)特點(diǎn)：（1使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析簡(jiǎn)化； （2廣義對(duì)象的輸入輸出通常可測(cè)量，以便于 測(cè)試其

10、動(dòng)態(tài)特性； （3只關(guān)心某些特定的輸入輸出變量。3.2 控制器的控制器的“正反作用選擇正反作用選擇問(wèn)題問(wèn)題控制器Gc (s)執(zhí)行器Gv (s)控制通道Gp (s)測(cè)量變送Gm (s)設(shè)定值ysp偏差 e+_控制變量u操縱變量q被控變量y測(cè)量值ym擾動(dòng) D干擾通道GD (s)+被控對(duì)象問(wèn)題：如何構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)？控制器的控制器的“正反作用選擇正反作用選擇n 定義：當(dāng)被控變量的測(cè)量值增大時(shí)，控制器的輸出也增大定義：當(dāng)被控變量的測(cè)量值增大時(shí)，控制器的輸出也增大，則該控制器為，則該控制器為“正作用正作用”；否則，當(dāng)測(cè)量值增大時(shí)，控制；否則，當(dāng)測(cè)量值增大時(shí)，控制器輸出反而減少，則該控制器為器輸出反而

11、減少，則該控制器為“反作用反作用”。n 選擇要點(diǎn)：使控制回路成為選擇要點(diǎn)：使控制回路成為“負(fù)反饋系統(tǒng)。負(fù)反饋系統(tǒng)。n選擇方法：選擇方法：n（1假設(shè)檢驗(yàn)法。先假設(shè)控制器的作用方向，再檢查控制假設(shè)檢驗(yàn)法。先假設(shè)控制器的作用方向，再檢查控制回路能否成為回路能否成為“負(fù)反饋系統(tǒng)。負(fù)反饋系統(tǒng)。n（2回路判別法。先畫出控制系統(tǒng)的方塊圖，并確定回路回路判別法。先畫出控制系統(tǒng)的方塊圖，并確定回路除控制器外的各環(huán)節(jié)作用方向，再確定控制器的正反作用。除控制器外的各環(huán)節(jié)作用方向，再確定控制器的正反作用?？刂破鞯淖饔梅较蜻x擇：假設(shè)檢驗(yàn)法控制器的作用方向選擇：假設(shè)檢驗(yàn)法根據(jù)控制閥的“氣開(kāi)氣關(guān)的選擇原則，該閥應(yīng)選“氣開(kāi)閥

12、”，即： u Rf。 假設(shè)溫度控制器為正作用，即：Tm u；那么TC進(jìn)料出料燃料TTmTspRfuTmuRfTTm結(jié)論：該控制器的作用方向不能為正作用，而應(yīng)為反作用結(jié)論：該控制器的作用方向不能為正作用，而應(yīng)為反作用.控制器的作用方向選擇：回路判別法控制器的作用方向選擇：回路判別法溫度控制器( ? )Tspe(t)+_Tm(t)+溫度測(cè)量變送( + )燃料控制閥( + )T(t)u(t)Rf (t)加熱爐控制通道( + )D(t)回路判別法的要點(diǎn)：（1反饋回路中負(fù)增益環(huán)節(jié)數(shù)為奇數(shù)；（2對(duì)控制器而言，“正作用是指Tm u。回路判別法的步驟：回路判別法的步驟：n（1根據(jù)被控變量和操作變量判斷被控對(duì)象

13、增益特性；n（2根據(jù)控制閥開(kāi)閉形式選擇原則確定控制閥增益特性；n（3變送器增益特性一般為正；n（4確定控制器的增益特性，從而確定其正、反作用。舉例：壓力控制系統(tǒng)的分析舉例：壓力控制系統(tǒng)的分析“正作用”+Gm(S)Go(S)Gv(S)Gc(S)+-PC氣開(kāi)PC氣開(kāi)+Gm(S)Go(S)Gv(S)Gc(S)-+“反作用”結(jié)論結(jié)論n討論了調(diào)節(jié)閥的流量特性及開(kāi)關(guān)選擇原則；n引入了廣義對(duì)象的概念；n介紹了單回路控制器“正反作用的選擇原則。上一講內(nèi)容回顧上一講內(nèi)容回顧n討論了調(diào)節(jié)閥的流量特性及開(kāi)關(guān)選擇原則；n引入了廣義對(duì)象的概念；n介紹了單回路控制器的“正反作用”；本講基本要求本講基本要求n描述了單回路系

14、統(tǒng)的常用性能指標(biāo)n掌握PID控制律的意義及與控制性能的關(guān)系n了解PID控制律的選取原則n掌握單回路PID控制器的參數(shù)整定方法n了解“防積分飽和與“無(wú)擾動(dòng)切換”n了解PID參數(shù)的自整定方法3.3 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) n以階躍響應(yīng)曲線的特征參數(shù)作為性能指標(biāo) n偏差積分性能指標(biāo) 控制性能指標(biāo)nBB21%100)()()(yytypst衰減比超調(diào)量回復(fù)時(shí)間余差偏差平方值積分02min)(dtteISE偏差絕對(duì)值積分0min)(dtteIAE偏差絕對(duì)值與時(shí)間乘積的積分0( )minITAEt e tdt)()(yxen例 某化學(xué)反應(yīng)器，工藝規(guī)定操作溫度為20010，考慮安全因素，調(diào)節(jié)過(guò)程中溫度規(guī)定值最大

15、不得超過(guò)15。現(xiàn)設(shè)計(jì)運(yùn)行的溫度定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如下圖所示，試求：該系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)最大偏差、超調(diào)量、余差、衰減比和震蕩周期），并問(wèn)該調(diào)節(jié)系統(tǒng)是否滿足工藝要求。n解：n最大偏差：A=230-200=30 n余差： c=205-200=5 n衰減比： n震蕩周期：T=20-5=15min n過(guò)渡時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間）： n再：工藝規(guī)定操作溫度為20010，考慮安全因素，調(diào)節(jié)過(guò)程中溫度規(guī)定值最大不得超過(guò)15，而該調(diào)節(jié)系統(tǒng)=30，不滿足工藝要求。 15205210205230/BBnmin22st3.4 三種常規(guī)的反饋控制模式n當(dāng)構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象、測(cè)量變送環(huán)節(jié)和

16、控制閥都確定之后，控制器參數(shù)是決定控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的唯一因素。PID 控制器比例控制器0)()(uteKtuc%100*1cK比例增益對(duì)控制性能的影響控制器增益 Kc對(duì)系統(tǒng)性能的影響：增益 Kc 增大，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用增強(qiáng)，但穩(wěn)定性下降（當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，調(diào)節(jié)頻率提高、余差下降）。P控制作用舉例比例積分控制器)11 ()(sTKsGicc00)1(uedtTeKutic積分時(shí)間積分作用對(duì)控制性能的影響積分時(shí)間Ti 對(duì)系統(tǒng)性能的影響引入積分作用可以消除穩(wěn)態(tài)余差，但控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。當(dāng)積分作用過(guò)強(qiáng)時(shí)即Ti 過(guò)小），可能使控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。PI控制作用舉例理想的比例積分微分控制器n微分時(shí)間Td 對(duì)系統(tǒng)性

17、能的影響n微分作用的增強(qiáng)即Td 增大），從理論上講使系統(tǒng)的超前作用增強(qiáng)，穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，但對(duì)高頻噪聲起放大作用。對(duì)于測(cè)量噪聲較大的對(duì)象，需要引入測(cè)量信號(hào)的平滑濾波；而微分作用主要適合于一階滯后較大的廣義對(duì)象，如溫度、成份等。001)(udtdeTedteKudtTci)11 ()(sTsTKsGdicc微分作用對(duì)控制性能的影響PD控制作用舉例實(shí)際的比例積分微分控制器11( )11dcciddT sG sKTsA T s其中Ad 為微分增益SimuLink 構(gòu)造:n控制器增益 Kc或比例度PBn增益增大(即Kc 增大或比例度PB下降)，調(diào)節(jié)作用增強(qiáng)，但穩(wěn)定性下降；n積分時(shí)間Tin積分作用增強(qiáng)即T

18、i 下降），使系統(tǒng)消除余差的能力加強(qiáng)，但控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；n微分時(shí)間Tdn微分作用增強(qiáng)即Td 增大），可使系統(tǒng)的超前作用增強(qiáng)，穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，但對(duì)高頻噪聲起放大作用，主要適合于特性滯后較大的廣義對(duì)象，如溫度對(duì)象等。PID參數(shù)對(duì)控制性能的影響參數(shù)對(duì)控制性能的影響(整定整定規(guī)律規(guī)律)結(jié)論n描述了單回路系統(tǒng)的常用性能指標(biāo)；n通過(guò)仿真討論了PID控制律的意義及與控制性能的關(guān)系。3.5 工業(yè)工業(yè)PID控制器的選擇控制器的選擇*1：當(dāng)工業(yè)對(duì)象具：當(dāng)工業(yè)對(duì)象具有較大的滯后時(shí)，有較大的滯后時(shí)，可引入微分作用；可引入微分作用；但如果測(cè)量噪聲較但如果測(cè)量噪聲較大，則應(yīng)先對(duì)測(cè)量大，則應(yīng)先對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行一階或平信

19、號(hào)進(jìn)行一階或平均濾波。均濾波。PID工程整定法工程整定法1-經(jīng)驗(yàn)法經(jīng)驗(yàn)法針對(duì)被控變量類型的不同，選擇不同的PID參數(shù)初始值，投運(yùn)后再作調(diào)整。盡管簡(jiǎn)單，但即使對(duì)于同一類型的被控變量，如溫度系統(tǒng)，其控制通道的動(dòng)態(tài)特性差別可能很大，因而經(jīng)驗(yàn)法屬最為“粗糙的整定法。（具體整定參數(shù)原則見(jiàn) p.53 表4.3-1）工程整定法工程整定法2-臨界比例度法臨界比例度法1、先切除PID控制器中的積分與微分作用即將積分時(shí)間設(shè)為無(wú)窮大，微分時(shí)間取為0），并令比例增益KC為一個(gè)較小值，并投入閉環(huán)運(yùn)行；2、將設(shè)定值作小幅度的階躍變化，觀察測(cè)量值的響應(yīng)變化情況；3、逐步增大KC的取值，對(duì)于每個(gè)KC值重復(fù)步驟2中的過(guò)程，直至

20、產(chǎn)生等幅振蕩；4、設(shè)等幅振蕩的振蕩周期為Pu、產(chǎn)生等幅振蕩的控制器增益為Kcmax 。臨界比例度法舉例臨界比例度法舉例臨界比例度法臨界比例度法( (續(xù)續(xù)) )控制規(guī)律KcTiTdP0.5KcmaxPI0.45Kcmax0.83PuPID0.6Kcmax0.5Pu0.12Pu根據(jù)等幅振蕩曲線得到的振蕩周期Pu和產(chǎn)生等幅振蕩的控制器增益Kcmax ，對(duì)所選擇的控制規(guī)律查表得到控制器參數(shù)。臨界比例度法舉例續(xù)臨界比例度法舉例續(xù)2）工程整定法工程整定法3-衰減曲線法衰減曲線法按“先P后I最后D的操作程序，將求得的整定參數(shù)設(shè)置在調(diào)節(jié)器上，再觀察運(yùn)行曲線，若不太理想，還可作適當(dāng)調(diào)整。臨界比例度法的局限性：臨

21、界比例度法的局限性：生產(chǎn)過(guò)程有時(shí)不允許出現(xiàn)等幅振蕩，或者生產(chǎn)過(guò)程有時(shí)不允許出現(xiàn)等幅振蕩，或者無(wú)法產(chǎn)生正常操作范圍內(nèi)的等幅振蕩。無(wú)法產(chǎn)生正常操作范圍內(nèi)的等幅振蕩。工程整定法工程整定法3-衰減曲線法衰減曲線法n衰減曲線法的注意事項(xiàng)：n（1對(duì)于反應(yīng)較快的控制系統(tǒng)，要認(rèn)定4:1衰減曲線和讀出Ts比較困難，此時(shí)，可認(rèn)為記錄指針來(lái)回?cái)[動(dòng)兩次就達(dá)到穩(wěn)定是4:1衰減過(guò)程。n（2在生產(chǎn)過(guò)程中，負(fù)荷變化會(huì)影響過(guò)程特性。當(dāng)負(fù)荷變化較大時(shí)，必須重新整定調(diào)節(jié)器參數(shù)值。n（3若認(rèn)為4:1衰減太慢，可采用10:1衰減過(guò)程。對(duì)于10:1衰減曲線法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的步驟與上述完全相同，僅僅所用計(jì)算公式有些不同。衰減曲線法舉例工程

22、整定法工程整定法4-響應(yīng)曲線法響應(yīng)曲線法n響應(yīng)曲線法響應(yīng)曲線法PID參數(shù)整定步驟：參數(shù)整定步驟：n（1在手動(dòng)狀態(tài)下，改變控制器輸出通常采在手動(dòng)狀態(tài)下，改變控制器輸出通常采用階躍用階躍 變化），記錄被控變量的響應(yīng)曲線；變化），記錄被控變量的響應(yīng)曲線；n（2根據(jù)單位階躍響應(yīng)曲線求取根據(jù)單位階躍響應(yīng)曲線求取“廣義對(duì)象廣義對(duì)象的近似模型與模型參數(shù)；的近似模型與模型參數(shù)；n（3根據(jù)控制器類型與對(duì)象模型，選擇根據(jù)控制器類型與對(duì)象模型，選擇PID參參數(shù)并投數(shù)并投 入閉環(huán)運(yùn)行。在運(yùn)行過(guò)程中，可對(duì)增益入閉環(huán)運(yùn)行。在運(yùn)行過(guò)程中，可對(duì)增益作調(diào)整。作調(diào)整。響應(yīng)曲線法響應(yīng)曲線法TC進(jìn)料出料燃料TTmTspRfu階躍響應(yīng)

23、測(cè)試法續(xù)階躍響應(yīng)測(cè)試法續(xù)1）seTsKsusy1)()(對(duì)象的近似模型：minmax01minmax01uuuuyyyyK0.6320tTT0.6320.2831.5Ttt響應(yīng)曲線法響應(yīng)曲線法n特點(diǎn)：適合于存在明顯純滯后的自衡對(duì)象，而且廣義特點(diǎn)：適合于存在明顯純滯后的自衡對(duì)象，而且廣義對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線可用對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線可用“一階一階+純滯后來(lái)近似。純滯后來(lái)近似。n整定公式：整定公式：控制規(guī)律KCTITDPppTK1PIppTK19.03 . 3PIDppTK12.10 . 25 . 0響應(yīng)曲線法舉例響應(yīng)曲線法舉例1響應(yīng)曲線法舉例響應(yīng)曲線法舉例2繼電器型繼電器型PID自整定器自整定器繼電器

24、調(diào)節(jié)器對(duì)象ATSyspyD具有繼電器型非線性控制系統(tǒng)具有繼電器型非線性控制系統(tǒng)G(s)yspyd-dh-h問(wèn)題：分析上述非線性系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩的條件 ？繼電器輸入輸出信號(hào)分析繼電器輸入輸出信號(hào)分析周期信號(hào)的周期信號(hào)的Fourier級(jí)數(shù)展開(kāi)級(jí)數(shù)展開(kāi)一個(gè)以T為周期的方波函數(shù)f (t)可以展開(kāi)為1( )sin,nnf tbn t20sin)(4TndttntfTb假設(shè)繼電器的幅值為d，則繼電器輸出的一次諧波為ddttdTbT4sin4201繼電器型控制系統(tǒng)等幅振蕩條件繼電器型控制系統(tǒng)等幅振蕩條件對(duì)于沒(méi)有滯環(huán)的繼電器環(huán)節(jié)，假設(shè)該環(huán)節(jié)輸入的一次諧波振幅為a，則a為4()udaG j系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩的條件是：

25、arg()14()uuuG jdKG ja 再由臨界比例度法自動(dòng)確定PID參數(shù).繼電器型繼電器型PID自整定舉例自整定舉例nP.56n仿真舉例如何實(shí)現(xiàn)？單回路系統(tǒng)的單回路系統(tǒng)的“積分飽和問(wèn)積分飽和問(wèn)題題ud(t)廣義對(duì)象y(t)ysp(t)sTKIC11v問(wèn)題：當(dāng)存在大的外部擾動(dòng)時(shí)，很有可能出現(xiàn)控制閥調(diào)問(wèn)題：當(dāng)存在大的外部擾動(dòng)時(shí)，很有可能出現(xiàn)控制閥調(diào)節(jié)能力不夠的情況，即使控制閥全開(kāi)或全關(guān)，仍不能消節(jié)能力不夠的情況，即使控制閥全開(kāi)或全關(guān)，仍不能消除被控輸出除被控輸出y(t)與設(shè)定值與設(shè)定值ysp(t)之間的誤差。此時(shí)，由之間的誤差。此時(shí)，由于積分作用的存在，使調(diào)節(jié)器輸出于積分作用的存在，使調(diào)節(jié)器輸出u(t)無(wú)限制地增大或無(wú)限制地增大或減少，直至達(dá)到極限值。而當(dāng)擾動(dòng)恢復(fù)正常時(shí)，由于減少，直至達(dá)到極限值。而當(dāng)擾動(dòng)恢復(fù)正常時(shí)，由于u(t)在可調(diào)范圍以外，不能馬上起調(diào)節(jié)作用；等待一定時(shí)間在可調(diào)范圍以外，不能馬上起調(diào)節(jié)作用；等待一定時(shí)間后，系統(tǒng)才能恢復(fù)正常。后，系統(tǒng)才能恢復(fù)正常。單回路系統(tǒng)的防積分飽和單回路系統(tǒng)的防積分飽和sTsTKKPIiicsTci1)1 (:1討論：正常情況為標(biāo)準(zhǔn)的討論：正常情況為標(biāo)準(zhǔn)的PI控制算法；而當(dāng)出現(xiàn)超限控制算法；而當(dāng)出