計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第三章-控制器設(shè)計(jì).jsp課件

第三章數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)本章知識點(diǎn)1、離散化方法2、數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)3、數(shù)字PID控制算法的改進(jìn)4、數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定

第一節(jié)引言

自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心：控制器控制器的任務(wù)：按照一定的控制規(guī)律，產(chǎn)生滿足工藝要求的控制信號，以輸出驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，達(dá)到預(yù)定性能指標(biāo)的自動(dòng)控制的目的。傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)中，控制器的控制規(guī)律或控制作用是由儀表或電子裝置的硬件電路完成的。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，除了計(jì)算機(jī)裝置以外，更主要的體現(xiàn)在軟件算法上，即數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)上。

傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)中控制器的控制規(guī)律或控制作用是由儀表或電子裝置的硬件電路完成的，設(shè)計(jì)上復(fù)雜，參數(shù)調(diào)整困難，當(dāng)系統(tǒng)控制規(guī)律復(fù)雜時(shí)難以實(shí)現(xiàn)。1）控制器由硬件變?yōu)檐浖?，可以靈活的根據(jù)要求修改控制器，實(shí)現(xiàn)各種比較復(fù)雜的控制規(guī)律

。

模擬控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：2）具有很強(qiáng)的分時(shí)控制能力，可實(shí)現(xiàn)多回路控制。

3）控制參數(shù)調(diào)整簡單，使用方便，通用性強(qiáng)，控制精度高。

模擬控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模擬控制系統(tǒng):模擬控制系統(tǒng)是連續(xù)控制系統(tǒng)，數(shù)學(xué)模型是拉氏變換，分析以在S域內(nèi)?？刂破鲌?zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象給定輸出D(s)Gp(s)C(s)R(s)模擬控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的控制器可為P、PI、PID控制器，通過對控制器的類型選擇和參數(shù)的設(shè)置來達(dá)到對系統(tǒng)性能指標(biāo)的控制要求?？刂破骺梢杂眠\(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)。Ks

1/CeU*nUcIdEUd0Un++-ASR+U*i-R

ACR-UiUPE雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖—轉(zhuǎn)速反饋系數(shù);

—電流反饋系數(shù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖U*n

Uc-IdLnUd0Un+--

+-UiWASR(s)WACR(s)KsTss+11/RTls+1RTmsU*iId1/Ce+E由系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，各環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型為傳遞函數(shù)形式。兩個(gè)控制器可由硬件電路來實(shí)現(xiàn)。硬件控制器電路圖ViVoR－＋ViVoR－＋CViVoR1－＋C1R2C2比例（P）控制器比例積分（PI）控制器比例積分微分（PID）控制器模擬控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)數(shù)字控制系統(tǒng):D(z)Gp(s)R(S)C(s)H(s)G(s)計(jì)算機(jī)D/A被控對象給定輸出A/D數(shù)字控制系統(tǒng)是離散控制系統(tǒng)，數(shù)學(xué)模型是Z變換，分析以在Z域內(nèi)?？刂破饔绍浖?shí)現(xiàn)??！問題的提出由上述的連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)的分析可以看出，在同一個(gè)控制對象下，兩種系統(tǒng)的區(qū)別在于控制器的不同，如何設(shè)計(jì)離散控制器？離散控制器與連續(xù)控制器之間有何異同？連續(xù)控制器的設(shè)計(jì)方法能用來設(shè)計(jì)離散控制器嗎？（本課程的核心）由離散系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)可以看出，在系統(tǒng)中對象是連續(xù)的，而控制器是離散的，系統(tǒng)是既有連續(xù)的特性又有離散的特性。可以用連續(xù)系統(tǒng)的理論來分析和設(shè)計(jì)，將結(jié)果轉(zhuǎn)換為離散的算法，稱為模擬化設(shè)計(jì)。也可離散控制理論來分析和設(shè)計(jì)。解決問題思路模擬化設(shè)計(jì)的條件當(dāng)系統(tǒng)的采樣頻率很高時(shí)，可以認(rèn)為系統(tǒng)的特性接近連續(xù)的模擬系統(tǒng)的特性，此時(shí)可以忽略采樣開關(guān)和保持器的影響。模擬化設(shè)計(jì)的過程用連續(xù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)控制器，然后再用S域到Z域的離散化方法求得離散控制器D（Z）。其過程是將模擬控制器離散化，最終設(shè)計(jì)的是一個(gè)離散控制器。第二節(jié)離散化方法1）一階向后差分?jǐn)?shù)學(xué)處理過程：將連續(xù)系統(tǒng)的控制器傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換成微分方程，再用差分方程近似該微分方程。一、差分變換法（差分方程）用一階導(dǎo)數(shù)近似代替一階微分方程2）二階向后差分用二階導(dǎo)數(shù)近似代替二階微分方程例1）求慣性環(huán)節(jié)的差分方程解：微分方程：采樣周期為T離散化：一階向后差分方法：整理后得：注意系數(shù)1）二階向后差分用二階導(dǎo)數(shù)近似代替二階微分方程例2）求環(huán)節(jié)將上式化成微分方程的差分方程二、零階保持法基本思路：離散近似后的數(shù)字控制器階躍響應(yīng)序列與模擬控制器的階躍響應(yīng)的采樣值相等。為零階保持器注意：對原數(shù)字控制器進(jìn)行離散化時(shí)，不是簡單的將原數(shù)字控制器離散化，而是要加上零階保持器環(huán)節(jié)。零階保持器法的物理意義D(z)U(z)E(z)u(t)D(s)e(t)D(s)e(t)u(t)H(s)e*(t)ek(t)連續(xù)系統(tǒng)帶采樣和零階保持器等效離散系統(tǒng)例3）用零階保持器法求環(huán)節(jié)的差分方程注意：兩種方法推算出的結(jié)果之間的區(qū)別常用差分方程與Z變換的轉(zhuǎn)換表三、雙線性變換法（TUSTIN）法）也為一種S域函數(shù)到Z域函數(shù)轉(zhuǎn)換的近似方法將上式展開為泰勒級數(shù)

連續(xù)化設(shè)計(jì)的基本思想

把整個(gè)控制系統(tǒng)看成是模擬系統(tǒng)，利用模擬系統(tǒng)的理論和方法進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，得到模擬控制器后再通過某種近似，將模擬控制器離散化為數(shù)字控制器，并由計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。D(s)第三節(jié)PID數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)PID控制器是一種適應(yīng)性好、魯棒性強(qiáng)、算法簡單、易于掌握、技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛的控制器，在連續(xù)控制系統(tǒng)中具有滿意的控制效果，在離散控制系統(tǒng)中仍具有滿意的控制優(yōu)越性：在PID控制器中，通過對P、I、D三個(gè)參數(shù)的優(yōu)化配置，兼顧了動(dòng)態(tài)過程的現(xiàn)在、過去與將來的信息，使動(dòng)態(tài)過程快速、平穩(wěn)和準(zhǔn)確；

PID控制器結(jié)構(gòu)圖KpTdsReKpKp/Tis+++G(s)+-YPID控制規(guī)律1）比例作用（P）Kp增大，系統(tǒng)靜差減小，但不能消除靜差，系統(tǒng)振蕩增強(qiáng)，穩(wěn)定性下降；Kp減小，系統(tǒng)過度過程變慢；Kp無延時(shí)環(huán)節(jié)，快速性好，響應(yīng)快；2）積分作用Ti減小，系統(tǒng)振蕩增強(qiáng)，穩(wěn)定性下降，積分作用增強(qiáng)，可消除靜差；Ti增大，系統(tǒng)振蕩減弱，過度過程時(shí)間變長；有延時(shí)環(huán)節(jié)，快速性下降；3）微分作用Td增大，調(diào)節(jié)時(shí)間長，系統(tǒng)振蕩減弱，穩(wěn)定性增強(qiáng)，快速性增強(qiáng)；不能消除系統(tǒng)靜差。比例作用：迅速反應(yīng)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，過大容易引起不穩(wěn)定；積分作用：消除靜差，但容易引起超調(diào)，甚至出現(xiàn)振蕩；微分作用：增大超調(diào)，克服振蕩，提高穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。PID控制算式中三部分的作用：標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字PID控制算法連續(xù)（時(shí)域）形式：連續(xù)（S域）形式：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一種采樣控制系統(tǒng)，只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制生產(chǎn)過程變量，必須將模擬PID算式離散化，用離散的差分方程代替連續(xù)的微分方程，既變?yōu)閿?shù)字PID算式。離散的目的就是將連續(xù)的微分方程離散為差分方程2）積分用累加求和近似：位置式PID算式1）連續(xù)的時(shí)間離散化：3）微分用一階向后差分近似：式中：T為采樣周期。e(K)為第K次采樣時(shí)刻的偏差值。e(K-1)為第（K-1）次采樣時(shí)刻的偏差值。上式在采樣T周期取的足夠小時(shí)，可以很好的逼近模擬PID算式，因而使被控過程與連續(xù)控制過程十分接近，所以可以用離散PID算式代替模擬PID算式。注意：離散后的方程中的系數(shù)，微分與積分項(xiàng)的系數(shù)都與采樣周期T有關(guān)。PID算式被控對象r(t)C(t)e(t)u(k)PID位置式控制原理圖增量式PID算法

利用增量型PID控制算法，可得到位置型PID控制算法的遞推形式，即在實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制時(shí)，先將三個(gè)系數(shù)保存在內(nèi)存中，然后每采樣一次對上式計(jì)算一次，并將結(jié)果做為輸出的控制值，但上式的最大缺點(diǎn)是積分項(xiàng)的存在，積分項(xiàng)應(yīng)取多少次合適？太少精度不夠，太多計(jì)算量大。增量型控制算法可得到位置型控制算法式，即增量型PID控制算法中沒有了積分項(xiàng)，而u(k-1)項(xiàng)為前一次的計(jì)算結(jié)果，在實(shí)現(xiàn)中可將前一次的結(jié)果保存起來做為當(dāng)前的計(jì)算值即可。式中：上式的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)取給定值、反饋值求偏差取a0、e(k)做乘法取a1、e(k-1)做乘法取a2、e(k-2)做乘法做a2e(k-2)-a1e(k-1）上步結(jié)果+a0e(k)上步結(jié)果+u(k-1)輸出u(k)存u(k)→u(k-1)

存e(k)→e(k-1)→e(k-2)初始e(k-1)、e(k-2)、u(k-1)可為0第四節(jié)數(shù)字PID控制算法的改進(jìn)一、防止積分整量化誤差的方法1、積分整量化誤差產(chǎn)生的原因在PID增量算式中，積分項(xiàng)的系數(shù)與采樣周期和積分時(shí)間常數(shù)有關(guān)。上式中的計(jì)算值很小是如何處理？引起上述誤差的因素有兩個(gè):1、采樣周期較小2、得到的誤差值很小但這兩個(gè)因素是系統(tǒng)固有的當(dāng)例如8位計(jì)算機(jī)對應(yīng)的最小分辨率為1/256,如果系統(tǒng)的參數(shù)為:Kp=1,T=100ms=0.1s,Ti=1s,而e(k)=0.01時(shí),計(jì)算值為1/1000.只能當(dāng)0處理.1、選用位數(shù)更高的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)如選用16位或32位的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)解決問題的方法：2、對積分項(xiàng)單獨(dú)計(jì)算當(dāng)小于某一設(shè)定值時(shí)單獨(dú)計(jì)算二、積分飽和及其防止方法積分飽和的原因：執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)范圍受限，在其調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可正常執(zhí)行調(diào)節(jié)，在此范圍之外時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能正常按控制器的輸出值進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如：調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)電壓的范圍為1-9V，小于該值時(shí)調(diào)節(jié)閥不工作，大于該值時(shí)只能按上限工作。當(dāng)有較大的擾動(dòng)或大幅度改變給定值時(shí)，存在較大的偏差，以及系統(tǒng)有慣性和滯后，在積分項(xiàng)的作用下，會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)和長時(shí)間的波動(dòng)。改進(jìn)思路：當(dāng)被控量和給定值偏差大時(shí)，取消積分控制，以免超調(diào)量過大；當(dāng)被控量和給定值接近時(shí)，積分控制投入，消除靜差。積分分離算法的思想是在e(k)大于某個(gè)設(shè)定值時(shí)，取消積分作用；而在e(k)較小設(shè)定值時(shí)將積分作用投入。當(dāng)被控量和給定值偏差大時(shí)，取消積分控制，以免超調(diào)量過大；當(dāng)被控量和給定值接近時(shí)，積分控制投入，消除靜差。1）上述問題在設(shè)計(jì)系統(tǒng)是要考慮到所選執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作范圍，盡可能選用滿足控制要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2）積分分離PID控制算法積分飽的防止方法：

改進(jìn)方法：當(dāng)|e(k)|>β時(shí)，采用PD控制；當(dāng)|e(k)|<β時(shí)，采用PID控制。

積分分離閾值β的確定：β過大，達(dá)不到積分分離的目的；β過小，則一旦控制量y(t)無法跳出各積分分離區(qū)，只進(jìn)行PD控制，將會(huì)出現(xiàn)有差。具有積分分離作用的控制過程曲線１２一般PID積分分離PID開始引入積分作用Y(t)t0ββ1Β值太小存在的問題：微分具有放大干擾信號的特點(diǎn)。在PID控制中，對具突加階躍信號輸入或有高頻擾動(dòng)的生產(chǎn)時(shí)，微分作用響應(yīng)過于靈敏，輸出急劇增加，容易引起控制過程振蕩，導(dǎo)致調(diào)節(jié)品質(zhì)下降。

三、不完全微分PID控制算法改進(jìn)方法：串聯(lián)一階慣性環(huán)節(jié)，作為低通濾波器抑制高頻噪聲，組成不完全微分PID控制器。Kd為微分增益將上式分為兩部分：比例積分與微分比例積分差分方程：微分差分方程：不完全微分的位置式差分方程為：理想微分的位置式差分方程為：不完全微分的位置式差分方程比理想的位置式差分多了一項(xiàng)（K-1）次采樣的微分輸出量。理想微分PID與實(shí)際微分PID階躍響應(yīng)對比

u(k)u(k)321321微分項(xiàng)積分項(xiàng)比例項(xiàng)微分項(xiàng)積分項(xiàng)比例項(xiàng)kTkkTk00(a)理想微分PID(b)實(shí)際微分PID不完全微分PID控制的效果：①抑制高頻噪聲。②克服純微分的不均勻性。在t=0時(shí)刻出現(xiàn)階躍信號，純微分(a)在第一個(gè)周期出現(xiàn)大躍變信號，容易振蕩；(b)中的控制信號則較均勻、平緩。實(shí)際微分PID與理想微分PID對比（1）理想微分PID算法的微分作用僅局限于一個(gè)采樣周期,有一個(gè)大幅度的輸出，在實(shí)際使用這會(huì)產(chǎn)生兩方面的問題。①控制輸出可能超過執(zhí)行機(jī)構(gòu)或D/A轉(zhuǎn)換的上下限，②執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度可能跟不上，無法在短時(shí)間內(nèi)跟蹤這種較大的微分輸出。這樣在大的干擾作用情況下，一方面會(huì)使算法中的微分不能充分發(fā)揮作用，另一方面也會(huì)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)大的沖擊作用。相反地，實(shí)際微分PID算法由于慣性濾波的存在，使微分作用可持續(xù)多個(gè)采樣周期，有效地避免了上述問題的產(chǎn)生，因而具有更好的控制性能。（2）由于微分對高頻信號具有放大作用，采用理想微分容易在系統(tǒng)中引入高頻的干擾，引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)的頻繁動(dòng)作，降低機(jī)構(gòu)的使用壽命。而實(shí)際微分PID算法中包含有一階慣性環(huán)節(jié)，具有低通濾波的能力，抗干擾能力較強(qiáng)。四、純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題的提出：當(dāng)給定發(fā)生變化后,輸出要經(jīng)過一段時(shí)間后才能得到響應(yīng),這種變化過程稱為純滯后。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，如化工生產(chǎn)過程為典型的純滯后。很多物理對象都有滯后現(xiàn)象，只是滯后時(shí)間很短，可以忽略。純滯后傳遞函數(shù)用一階慣性環(huán)節(jié)加純滯后環(huán)節(jié)表示帶純滯后環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)D(S)U(S)r(S)C(s)

系統(tǒng)的特征方程中包含有e-τs，因此會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。

帶純滯后環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)D(S)U(S)r(S)C(s)純滯后性質(zhì)可引起系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)或震蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。解決的方法之一是加入純滯后補(bǔ)償，也稱為史密斯預(yù)估器。純滯后環(huán)節(jié)對控制系統(tǒng)的影響帶史密斯預(yù)估器的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：純滯后補(bǔ)償器傳函補(bǔ)償后系統(tǒng)閉環(huán)傳函D(S)U(t)r(t)C(t)-++-+ec(t)e(t)yτ(t)-由上式可以看出，e-τs在閉環(huán)之外，不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，只對系統(tǒng)起時(shí)間平移，在控制時(shí)間上在坐標(biāo)上延遲了時(shí)間τ。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能與Gp(s)完全相同，這樣處理可消除純滯后對系統(tǒng)的影響。帶史密斯預(yù)估器的數(shù)字控制器：數(shù)字PIDr(t)C(t)-++-ec(k)e(k)yτ(k)r(k)C(k)帶史密斯預(yù)估器的數(shù)字控制器：數(shù)字PIDr(t)C(t)-++-ec(k)e(k)yτ(k)r(k)C(k)r(k)C(t)－++＋e(k)r(k)C(k)－帶史密斯預(yù)估器的數(shù)字控制器：r(k)C(t)－++＋e(k)r(k)C(k)－對象的廣義Z傳函帶史密斯預(yù)估器的數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)步驟：1、先設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)按照不帶滯后的對象的來設(shè)計(jì)如果選用PID控制器，控制的參數(shù)可參照書表3-4選擇：帶史密斯預(yù)估器的數(shù)字控制器為：令：帶史密斯預(yù)估器的數(shù)字控制器：r(k)C(t)－++＋e(k)r(k)C(k)－對象的廣義Z傳函問題的提出：當(dāng)給定值的升降過大（給系統(tǒng)帶來沖擊），超調(diào)過大（調(diào)節(jié)閥動(dòng)作劇烈）時(shí)如何處理？五、微分先行PID控制算式

解決的方法：采用微分先行的算法，有兩種結(jié)構(gòu)：1）只對被控量c(t)微分，不對偏差e(t)微分。r(s)C(s)-+u(s)該方法適合給定具有大的頻繁起伏的場合，可避免大的超調(diào)。2）把微分運(yùn)算放在前面，后面跟比例和積分運(yùn)算。r(s)C(s)-+u(s)該方法對給定和偏差都有微分作用，適合串級控制的副控回路。（串級控制：多環(huán)控制。副控回路：內(nèi)環(huán)）U*n

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+-UiWASR(s)WACR(s)KsTss+11/RTls+1RTmsU*iId1/Ce+E問題的提出：在實(shí)際過程控制中常會(huì)出現(xiàn)控制量在某個(gè)值上頻繁跳躍，使系統(tǒng)出現(xiàn)不平穩(wěn)。解決的方法：為了避免控制動(dòng)作過于頻繁，常人為的設(shè)置一個(gè)死區(qū)閾值B，以此值作為PID的輸入值。六、帶死區(qū)的PID控制算法注意：死區(qū)是一個(gè)非線性環(huán)節(jié)，不能象線性環(huán)節(jié)一樣隨便移到PID控制器的后面。PID控制器是一種適應(yīng)性好、魯棒性強(qiáng)、算法簡單、易于掌握、技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛的控制器，在連續(xù)控制系統(tǒng)中具有滿意的控制效果，在離散控制系統(tǒng)中仍具有滿意的控制優(yōu)越性,在PID控制器中，通過對PID三個(gè)參數(shù)的優(yōu)化配置，使動(dòng)態(tài)過程快速、平穩(wěn)和準(zhǔn)確.

問題:如何選擇三個(gè)參數(shù)?選擇的依據(jù)?三個(gè)參數(shù)對系統(tǒng)性能有什么樣的影響?其次對于離散控制,采樣周期T如何選擇?第五節(jié)PID數(shù)字控制器的參數(shù)整定和設(shè)計(jì)舉例一、PID控制器參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響PID控制器的三個(gè)參數(shù)Kp,Ti,Td對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響：動(dòng)態(tài)特性的影響：Kp增大，控制靈敏度提高，系統(tǒng)振蕩增強(qiáng)，穩(wěn)定性下降；Kp減小，系統(tǒng)過度過程變慢；1)比例系數(shù)Kp影響：靜態(tài)特性的影響：Kp增大，系統(tǒng)靜差減小，控制精度提高，但不能消除靜差；Kp減小，系統(tǒng)靜差增大，控制精度降低；2）積分時(shí)間常數(shù)Ti對系統(tǒng)性能的影響動(dòng)態(tài)特性的影響：Ti減小，系統(tǒng)振蕩增強(qiáng)，穩(wěn)定性下降；Ti增大，系統(tǒng)振蕩減弱，對系統(tǒng)性能的影響減弱，過度過程時(shí)間變長；穩(wěn)態(tài)特性的影響：Ti減小，積分作用增強(qiáng)，可消除靜差，提高系統(tǒng)的控制精度；Ti增大，相當(dāng)于延時(shí)環(huán)節(jié)，不能消除靜差；用于改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性：

Td增大，調(diào)節(jié)時(shí)間減小，系統(tǒng)振蕩減弱，穩(wěn)定性增強(qiáng)，快速性增強(qiáng)；不能消除系統(tǒng)靜差。Td減小，調(diào)節(jié)時(shí)間減小。比例作用：迅速反應(yīng)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，過大容易引起不穩(wěn)定；積分作用：消除靜差，但容易引起超調(diào)，甚至出現(xiàn)振蕩；微分作用：增大超調(diào)，提高穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。3）微分時(shí)間常數(shù)Td對系統(tǒng)性能的影響PID三個(gè)參數(shù)的綜合影響：二、采樣周期的確定

1）根據(jù)香農(nóng)采樣定理，系統(tǒng)采樣頻率的下限為fs=2fmax，此時(shí)系統(tǒng)可真實(shí)地恢復(fù)到原來的連續(xù)信號。2）從執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性要求來看，有時(shí)需要輸出信號保持一定的寬度。采樣周期必須大于這一時(shí)間。3）從控制系統(tǒng)的隨動(dòng)和抗干擾的性能來看，要求采樣周期短些。4）從微機(jī)的工作量和每個(gè)調(diào)節(jié)回路的計(jì)算來看，一般要求采樣周期大些。5）從計(jì)算機(jī)的精度看，過短的采樣周期是不合適的。采樣周期T是一個(gè)重要的參數(shù)，要根據(jù)系統(tǒng)的具體要求選擇，但在選擇時(shí)應(yīng)考慮一下幾個(gè)問題：6）給定值的頻率變化：給定值變化頻率越高，采樣頻率應(yīng)越高。7）被控對象的特性：被控對象是慢速對象，采樣周期取得大；被控對象是快速系統(tǒng)，采樣周期應(yīng)取得較小。8）控制算法的類型：受計(jì)算精度和計(jì)算時(shí)間的影響。9）控制回路數(shù)：采樣周期T應(yīng)大于等于所有回路控制程序執(zhí)行時(shí)間和輸入輸出時(shí)間的總和。采樣周期T的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)被測參數(shù)采樣周期T（S)備注流量1～5優(yōu)先選1-2S壓力3～10優(yōu)先選5-8S液位6～10溫度15～20或純滯后時(shí)間三、擴(kuò)充臨界比例度（帶）法PID參數(shù)擴(kuò)充臨界比例度法：是一種閉環(huán)整定的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)方法。該法不依賴被控對象的數(shù)學(xué)模型。按該方法整定PID參數(shù)的步驟如下：①選擇短的采樣頻率：一般選擇被控對象純滯后時(shí)間的十分之一。②將數(shù)字PID控制器設(shè)定為純比例控制，逐漸較小比例度δ（δ=1/kp），直到系統(tǒng)發(fā)生持續(xù)等幅振蕩。紀(jì)錄發(fā)生振蕩的臨界周期和臨界震蕩增益Tk及Tk。實(shí)際應(yīng)用中并不需要計(jì)算出兩個(gè)誤差的平方積分，控制度僅表示控制效果的物理概念。當(dāng)控制度為1.05時(shí)，DDC控制與模擬控制效果基本相同；控制度為2.0時(shí)，DDC控制比模擬控制效果差。（4）根據(jù)選定的控制度查表，求得的值。（5）按求得的整定參數(shù)投入運(yùn)行，在投運(yùn)中觀察控制效果，再適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，直到獲得滿意的控制效果。（3）選定控制度。所謂控制度，就是以模擬調(diào)節(jié)器為基準(zhǔn)，將數(shù)字控制器的控制效果與模擬調(diào)節(jié)器的控制效果相比較?？刂贫瓤刂贫瓤刂扑惴?．05PIPID0.030.0140.550.630.880.49—0．141．2PI

PID0.050.0450.490.470.910.47—0．161．5PIPID0.140.090.420.340.990.43—0．22．0PIPID0.220.160.360.27050.40—0．22

擴(kuò)充臨界比例度的計(jì)算表

擴(kuò)充響應(yīng)曲線法與上述閉環(huán)整定方法不同，擴(kuò)充響應(yīng)曲線法是一種開環(huán)整定方法。如果可以得到被控對象的動(dòng)態(tài)特性曲線，那么就可