工程控制基礎(chǔ)：6-4 PID調(diào)節(jié)器12

1、6.3 串聯(lián)校正目的：改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能、動(dòng)態(tài)性能系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)串聯(lián)校正裝置一階校正裝置16.3 串聯(lián)校正按性能分為： 相位超前校正、相位滯后校正、相位超前滯后校正、T 型網(wǎng)絡(luò)校正前兩者是一階校正裝置，后兩者是二階校正裝置。26.3 串聯(lián)校正一階校正裝置當(dāng) 是相位超前校正當(dāng) 是相位滯后校正相位超前滯后校正相當(dāng)于一個(gè)相位滯后校正與一個(gè)相位超前校正串聯(lián)T 型網(wǎng)絡(luò)校正一般具有一對(duì)復(fù)極點(diǎn)和一對(duì)復(fù)零點(diǎn)，抵消原系統(tǒng)不希望的一對(duì)極點(diǎn)，加入一對(duì)希望的極點(diǎn)36.4 局部反饋校正局部反饋的傳遞函數(shù)在對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能起主要作用的頻率范圍內(nèi)4 6.5 PID控制器56.5 比例、積分、微分(PID)控制器

2、PID（比例積分微分）控制器在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。其特點(diǎn)： 1.對(duì)系統(tǒng)的模型要求低 2.調(diào)節(jié)方便 3.適應(yīng)范圍較廣 66.5 比例，積分、微分(PID)控制器PID控制器的運(yùn)動(dòng)方程為：7傳遞函數(shù) 引入PID控制器后，系統(tǒng)的型號(hào)數(shù)增加了1，還提供了兩個(gè)實(shí)數(shù)零點(diǎn)。可改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。86.5.1 比例積分(PI)控制PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)令則910 可見(jiàn)：引入PI調(diào)節(jié)器后，閉環(huán)系統(tǒng)由原來(lái)的型系統(tǒng)變成了型系統(tǒng)，對(duì)改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性是有好處的。 另一方面由于系統(tǒng)的階次提高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降了。如果Kp、KI選擇不當(dāng)，很可能會(huì)造成不穩(wěn)定。11 6.5.2 比例微分(PD)控制器運(yùn)動(dòng)方程：KD=Kp

3、TD微分調(diào)節(jié)器比例系數(shù)； TD 微分時(shí)間常數(shù)。傳遞函數(shù)：12為了說(shuō)明調(diào)節(jié)器的物理意義，以二階系統(tǒng)為例：系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：可知： PD調(diào)節(jié)器的引入，相當(dāng)于給原系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)增加了一個(gè) s= Kp / KD 的零點(diǎn)。13原系統(tǒng)特征方程阻尼比 ，無(wú)阻尼振蕩角頻率加入PD控制后特征方程阻尼比無(wú)阻尼振蕩角頻率14PD對(duì)系統(tǒng)影響 微分調(diào)節(jié)器作用由TD決定。TD大，微分作用強(qiáng)，TD小，微分作用弱，選擇好TD很重要。15 由以上分析可知： 微分控制是一種 “預(yù)見(jiàn)” 型的控制。它測(cè)出 e(t) 的瞬時(shí)變化率，作為一個(gè)有效早期修正信號(hào)，在超調(diào)量出現(xiàn)前會(huì)產(chǎn)生一種校正作用。 如果系統(tǒng)的偏差信號(hào)變化緩慢或是常數(shù)，

4、偏差的導(dǎo)數(shù)就很小或者為零，這時(shí)微分控制也就失去了意義。 注意：模擬PD調(diào)節(jié)器的微分環(huán)節(jié)是一個(gè)高通濾波器，會(huì)使系統(tǒng)的噪聲放大，抗干擾能力下降，在實(shí)際使用中須加以注意解決。16 例：1) 試分析比例調(diào)節(jié)器KP引入前后性能的變化解：當(dāng)Kp=1時(shí)，=1.2，處于過(guò)阻尼狀態(tài)，無(wú)振蕩，ts很長(zhǎng)。當(dāng)Kp=100時(shí)，=0.12，處于欠阻尼狀態(tài)，超調(diào)量p=68%。當(dāng)Kp=2.88時(shí)，=0.707，處于欠阻尼狀態(tài)，p=4.3%，ts=0.17s, 此時(shí)較理想。172) 對(duì)系統(tǒng)引入比例微分PD調(diào)節(jié)器單位階躍輸入下的系統(tǒng)輸出： 1)中： Kp=1、 KD=0 時(shí)， =1.2引入PD后： Kp=100、 KD=0.88 時(shí)， =3.16系統(tǒng)的阻尼明顯地增加了，超調(diào)得到了抑制。186.5.3 比例積分微分(PID)控制PID控制器提供了一個(gè)極點(diǎn)、兩個(gè)零點(diǎn)，比PI控制多一個(gè)零點(diǎn)，克服了PI控制對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的不良影響。196.5.3 比例積分微分(PID)控制例6-8 被控對(duì)象傳遞函數(shù)用PID 控制KD=5.25時(shí)閉環(huán)極點(diǎn)-4.35，-1.951.49j2021超調(diào)量10%，調(diào)整時(shí)間1.5秒，穩(wěn)態(tài)誤差0，調(diào)整三個(gè)參數(shù)可以進(jìn)一步改