過程控制第三章

1、1第三章 控制器的動(dòng)態(tài)特性3.1 PID控制概述3.2 比例控制3.3 積分控制3.4 微分控制3.5 控制器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)方法23.1 PID控制概述PID(Propotional-Intigrate-Differential， 比例積分微分) PID控制的優(yōu)點(diǎn)：（1）原理簡(jiǎn)單（2）適應(yīng)性強(qiáng)（3）魯棒性強(qiáng) 3控制器對(duì)象執(zhí)行器變送器VTrVmc廣義控制對(duì)象 為保證系統(tǒng)是負(fù)反饋，可適當(dāng)選擇控制器的正作用和反作用4各環(huán)節(jié)極性規(guī)定： 環(huán)節(jié)的輸入量增加，其輸出量也增加，該環(huán)節(jié)為正特性，其靜態(tài)放大系數(shù)為正。如：測(cè)量變送單元，控制對(duì)象，執(zhí)行器正作用調(diào)節(jié)器：當(dāng)系統(tǒng)的測(cè)量值減給定值增加時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出也增加

2、。5執(zhí)行器及閥門配合類型6正反作用的判斷方法:PIDrCeu-例：過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) 廣義對(duì)象為反作用，當(dāng)c增加時(shí)，u應(yīng)增大，故控制器為正作用7 3.2 比例控制 一. 比例控制 微分方程： 傳遞函數(shù)： 階躍響應(yīng)： 比例帶 的物理意義8二. 比例控制的特點(diǎn) （1）無(wú)慣性、無(wú)遲延、動(dòng)作快,而且調(diào)節(jié)動(dòng)作的方向正確, 在控制系統(tǒng)中是促使控制過程穩(wěn)定的因素；（2）有差作用 Ah9三. 對(duì)控制過程的影響 很大，1/很小，很小，被控量變化平穩(wěn)，但靜態(tài)偏差很大，ts較大 10 3.3 積分控制 一. 積分控制 微分方程： 傳遞函數(shù)： 階躍響應(yīng)： 11二. 積分控制的特點(diǎn) （1）控制過程結(jié)束時(shí),被調(diào)量與其給

3、定值之間沒有穩(wěn)態(tài)偏差 (無(wú)差調(diào)節(jié))；（2）積分作用在控制系統(tǒng)中是使控制過程振蕩的因素,很少單獨(dú)使用12三. Ti對(duì)控制過程的影響 Ti（1/Ti），積分作用越強(qiáng)，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作越快，越容易引起和加劇振蕩，但頻率 ，最大動(dòng)差 13四. 比例積分（PI）控制 微分方程： 傳遞函數(shù)： 階躍響應(yīng)曲線 14單容水箱液位控制系統(tǒng)（采用PI 調(diào)節(jié)器） heQQ1Q2t0t1t2t3t4AhPIQ2=p+ I15 3.4 微分控制 一. 微分控制作用理想微分 微分方程： 傳遞函數(shù)： 階躍響應(yīng)： 16實(shí)際微分 傳遞函數(shù)： 階躍響應(yīng)： （1）微分作用具有超前調(diào)節(jié)的特點(diǎn) （2）能提高控制過程的穩(wěn)定性 （3）不能單獨(dú)使用

4、17二. 比例微分(PD)控制微分方程為 ：傳遞函數(shù)為: 實(shí)際PD傳遞函數(shù)為: 18實(shí)際PD調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線： 理想PD調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線： 19理想PID調(diào)節(jié)器實(shí)際PID調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)方程傳遞函數(shù)三. 比例積分微分(PID)控制20二、調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律 理想PID調(diào)節(jié)器實(shí)際PID調(diào)節(jié)器階躍響應(yīng)曲線 4. 比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)器PIDPID21AhPID單容水箱液位控制系統(tǒng)（采用PI D調(diào)節(jié)器） heQt0t1t2t3t4D22PID控制規(guī)律選擇的規(guī)則(1)對(duì)象控制通道的T較大或容積遲延較大時(shí)，應(yīng)引入D作用。(2) 對(duì)象控制通道T較小，負(fù)荷變化不大，無(wú)靜差，可選擇PI控制.(3)對(duì)象控

5、制通道T較小，負(fù)荷變化較小，工藝要求不高，可選擇P控制。(4)對(duì)象控制通道T或容積遲延很大，負(fù)荷變化很大，應(yīng)設(shè)計(jì)復(fù)雜控制系統(tǒng)。233.5 控制器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)方法 一、模擬式控制器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)方法（一）采用不同的反饋回路來實(shí)現(xiàn)推導(dǎo)控制器傳遞函數(shù)24（a）反饋裝置的輸入信號(hào)取自執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出，控制器的傳遞函數(shù)為 （b）反饋裝置的輸入信號(hào)取自放大元件的輸出，控制器的傳遞函數(shù)為25問題： 為實(shí)現(xiàn)PI （PD或PID）控制規(guī)律，應(yīng)如何選擇反饋環(huán)節(jié)？26（二）采用運(yùn)算放大器的不同聯(lián)接方式來實(shí)現(xiàn)運(yùn)算電路的輸出為 通過改變輸入網(wǎng)絡(luò)阻抗Zi和反饋網(wǎng)絡(luò)的阻抗Zf，運(yùn)算放大器可實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算功能。27試推導(dǎo)下面運(yùn)算電路的傳遞函數(shù)，判斷是什么規(guī)律？28二、數(shù)字式控制器控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)方法（一）位置式控制算法 對(duì)模擬式PID控制器進(jìn)行離散化，則數(shù)字式PID方程為 其中，T為采樣周期29（二）增量式控制算法控制器輸出為增量：優(yōu)點(diǎn)：可靠性高； 控制器在手動(dòng)-自動(dòng)切換時(shí)的沖擊??； 算法中不進(jìn)行累加運(yùn)算30（三）改進(jìn)的PID控制算法1.積分分離算法 基本思路：e較大，取消I作用其中，312. 抗積分飽和PID算法分析積分飽和現(xiàn)象基本思路：在計(jì)算u(k)時(shí)，先判斷， 若u(k-1)umax，則只累加負(fù)偏差； 若u(k-1) umax ，則可以累加正偏