PID控制器的運(yùn)算規(guī)律和構(gòu)成方式二.ppt

本講知識(shí)點(diǎn),PD運(yùn)算規(guī)律 表示方法、控制特點(diǎn)、參數(shù)的意義及測(cè)定 PID運(yùn)算規(guī)律 階躍響應(yīng)特性 基本控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)方法（補(bǔ)充） 無源RC電路、運(yùn)算放大器 PID控制器的構(gòu)成 控制器的構(gòu)成、PID運(yùn)算電路的構(gòu)成方式,理想PD控制器的特性,具有比例微分控制規(guī)律的控制器稱為PD控制器。對(duì)PID控制器而言，當(dāng)積分時(shí)間TI時(shí)，控制器呈PD控制特性。,或,理想PD控制器輸出與輸入的關(guān)系式為：,PD運(yùn)算規(guī)律,由于在偏差恒定不變時(shí)，微分作用輸出為零。故微分作用也不能單獨(dú)使用。, 理想PD控制特性,超前控制特性 微分作用根據(jù)偏差變化速度進(jìn)行控制，有超前控制之稱。在溫度、成分等控制系統(tǒng)中，往往引入微分作用以改善控制過程的動(dòng)態(tài)特性。,實(shí)際PD控制器的傳遞函數(shù)為：,在階躍偏差信號(hào)作用下，實(shí)際PD控制器的輸出為：,階躍響應(yīng)特性, 實(shí)際PD控制器的特性,KD愈大，微分作用愈趨于理想,在階躍偏差信號(hào)作用下，實(shí)際PD輸出變化的初始值與最終值（即比例輸出值）之比：, 微分增益KD, 微分時(shí)間TD,在階躍偏差信號(hào)作用下，實(shí)際PD控制器的輸出從最大值下降了微分輸出幅度的63.2%所經(jīng)歷的時(shí)間，就是微分時(shí)間常數(shù)TD/KD。此時(shí)間常數(shù)再乘上微分增益KD就是微分時(shí)間TD。,微分輸出的大小與偏差變化速度和微分時(shí)間成正比，微分時(shí)間越長(zhǎng)，微分作用就越強(qiáng)。,微分時(shí)間TD 的測(cè)定,微分作用按偏差的變化速度進(jìn)行控制，其作用比比例作用快，因而對(duì)慣性大的對(duì)象用比例微分作用可以改善控制質(zhì)量減小最大偏差，節(jié)省控制時(shí)間。 微分作用力圖阻止被控變量的變化，有抑制振蕩的效果，但如果加得過大，由于控制作用過強(qiáng)，反而會(huì)引起被控變量大幅度的振蕩。TD太大時(shí)，系統(tǒng)振蕩加劇，TD太小時(shí)，微分作用不明顯。只有TD適當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)才比較平衡。 PID控制規(guī)律既能快速進(jìn)行控制，又能消除余差，具有較好的控制性能。,微分時(shí)間對(duì)過渡過程的影響,（3）微分時(shí)間TD對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響,適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔茫?在負(fù)荷變化劇烈、擾動(dòng)幅度較大或過程容量滯后較大的系統(tǒng)中，適當(dāng)引入微分作用，可在一定程度上提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。當(dāng)被控變量一有變化時(shí)，根據(jù)變化趨勢(shì)適當(dāng)加大控制器的輸出信號(hào)，將有利于克服擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響，抑制偏差的增長(zhǎng)，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。,微分時(shí)間TD的大小對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響，如上圖所示。若取TD太小，則對(duì)系統(tǒng)的控制指標(biāo)沒有影響或影響甚微，如圖中曲線1；選取適當(dāng)?shù)腡D，系統(tǒng)的控制指標(biāo)將得到全面的改善，如圖中曲線2；但若TD取得過大，即引入太強(qiáng)的微分作用，反而可能導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生劇烈的振蕩，如圖中曲線3所示。,微分作用的兩面性：,保持原來的衰減比n ：,如果要求引入微分作用后仍然保持原來的衰減比n，則可適當(dāng)減小控制器的比例度，一般可減小15%左右，從而使控制系統(tǒng)的控制指標(biāo)得到全面改善。 此外，當(dāng)測(cè)量中有顯著的噪聲時(shí)，如流量測(cè)量信息常帶有不規(guī)則的高頻干擾信號(hào)，則不宜引入微分作用，有時(shí)甚至需要引入反微分作用。,由于PID控制器有比例度、積分時(shí)間TI、微分時(shí)間TD三個(gè)參數(shù)可供選擇，因而適用范圍廣，在溫度和成分分析控制系統(tǒng)中得到更為廣泛的應(yīng)用。,適用場(chǎng)合： 用于時(shí)滯大的場(chǎng)合。,理想和實(shí)際PID控制器的傳遞函數(shù)分別為：,PID運(yùn)算規(guī)律,在實(shí)際PID控制器中，由于相互干擾系數(shù)F （ ）的存在,P、I、D的實(shí)際值（KPF、TIF、TD/F）與刻度值（ KP、TI、TD）有差異。同時(shí)在整定某個(gè)參數(shù)時(shí)，還將影響其他參數(shù)。,階躍響應(yīng)特性,當(dāng)偏差為階躍信號(hào)時(shí)，實(shí)際PID控制器的輸出為：, 控制規(guī)律總結(jié)(課后思考題),液位：一般要求不高，用P或PI控制規(guī)律； 流量：時(shí)間常數(shù)小，測(cè)量信息中雜有噪音，用PI或加反微分控制規(guī)律； 壓力：介質(zhì)為液體的時(shí)間常數(shù)小，介質(zhì)為氣體的時(shí)間常數(shù)中等，用P或PI控制規(guī)律； 溫度：容量滯后較大，用PID控制規(guī)律。,各類化工過程常用的控制規(guī)律如下：,例：某臺(tái)PID控制器偏差為1mA時(shí)，輸出表達(dá)式為 （t單位為分鐘）。試問： （1）這是什么控制規(guī)律？ （2）求出控制器各個(gè)控制參數(shù)。 （3）畫出其開環(huán)輸出特性圖。,舉例：,(1) PD控制規(guī)律。 (2) 由題意得：,解：,解之得：KC=2，KD=5，TD=5。,(3)開環(huán)輸出特性曲線： 因?yàn)?KCA=2，KCKDA=10 所以 曲線如右圖所示,基本控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)方法-無源RC電路,RC 電 路,傳遞函數(shù),階躍響應(yīng),運(yùn)算種類,P,I,D,PD,基本控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)方法-運(yùn)算放大電路,電路名稱,原理圖,運(yùn)算規(guī)律,比例運(yùn)算電路,積分運(yùn)算電路,電路名稱,運(yùn)算規(guī)律,微分運(yùn)算電路,比例積分運(yùn)算電路,原理圖,電路名稱,原理圖,運(yùn)算規(guī)律,比例運(yùn)算電路 (同相輸入),比例微分運(yùn)算電路,控制器對(duì)輸入信號(hào)與給定信號(hào)的偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，因此應(yīng)包括偏差檢測(cè)和PID運(yùn)算兩部分電路。,偏差檢測(cè)電路通常稱為輸入電路。偏差信號(hào)一般采用電壓形式，所以輸入信號(hào)和給定信號(hào)在輸入電路內(nèi)都是以電壓形式進(jìn)行比較。輸入電路同時(shí)還必須具備內(nèi)外給定電路的切換開關(guān)，正、反作用切換開關(guān)和偏差指示（或輸入、給定分別指示）等部分。,PID運(yùn)算電路是實(shí)現(xiàn)控制器運(yùn)算規(guī)律的關(guān)鍵部分。,PID控制器的構(gòu)成,PID運(yùn)算電路的構(gòu)成方式,（1