典型环节及PID控制规律.ppt

补充内容补充内容l典型环节及传递函数l基本PID控制器及调节过程典型环节及传递函数（1）比例环节kR(s)C(s)比例环节微分方程：传递函数：R(s)C(s)惯性环节（2）惯性环节（一阶系统） 微分方程：传递函数：1Ts1) s (R) s (C) s (G+==R(s)C(s)积分环节（3）积分环节 微分方程：传递函数：（4）微分环节 微分方程： R(s)C(s)微分环节R(s)C(s)延迟环节传递函数：传递函数：（5）延迟环节 微分方程：（6）振荡环节（二阶系统） 微分方程： 传递函数：R(s)C(s)基本基本PIDPID控制器及调节过程控制器及调节过程 控制器是根据给定值和测量值的偏差e按照预定的规律进行运算，输出调节量P对被控对象进行调节断续控制：双位、三位连续控制：比例、比例积分、比例微分、 比例积分微分一、比例控制一、比例控制1.比例控制器的特性比例控制器的特性微分方程：微分方程：传递函数：传递函数：t输入et输出kcePPkc比例控制的特点比例控制的特点（（1）调节及时）调节及时 （（2）有静差（残差））有静差（残差）浮球式水位控制器ekceP2.比例带比例带δ 20 21 22 OC20mA12mA 4mA（（1））比例范围比例范围：控制器输出从：控制器输出从0%~100%变化时对应的被控变量值的变化范围。

变化时对应的被控变量值的变化范围（（2））比比例例带带δ：：使使控控制制器器输输出出作作100%变变化化时，输入信号的改变占全量程的百分数时，输入信号的改变占全量程的百分数对于一定的控制器，输入和输出的量程不变对于一定的控制器，输入和输出的量程不变如果输入和输出量程相同如果输入和输出量程相同当控制器输入和输出量程相同，比例带为当控制器输入和输出量程相同，比例带为比例增益的倒数比例增益的倒数比例带举例比例带举例：：已知一比例温度调节器，输入量程为已知一比例温度调节器，输入量程为0~50OC，输出，输出为为0~10mA，当输入为，当输入为20~30OC时，对应输出为时，对应输出为2~8mA，求该温度调节器的比例带求该温度调节器的比例带解：解：3.比例带对调节过程的影响比例带对调节过程的影响（（1 1））δδ非非常常大大，，则则比比例例增增益益k kc c很很小小，，比比例例作作用用很很弱弱，，系系统稳定性好，但静差大统稳定性好，但静差大 结论：δ越小，比例作用越强，系统的 稳定性越差，系统的静差越小2 2））δδ合合适适，，系系统统输输出出为为一一衰减振荡衰减振荡3 3））当当δδ减减小小达达到到临临界界值值δδk k，系统输出一等幅振荡。

系统输出一等幅振荡4 4））当当δδ再再减减小小，，系系统统输输出出一一发散振荡发散振荡施加一幅值为施加一幅值为8的阶跃干扰信号的阶跃干扰信号12 Kc=20Kc=50二、比例积分控制二、比例积分控制1.积分控制器特性积分控制器特性：输出与输入的积分呈正比：输出与输入的积分呈正比tt输入e输出pI特点：特点： （（1））能消除静差能消除静差 （（2）动作慢）动作慢2.比例积分控制器的特性比例积分控制器的特性t输入e输出p特点：特点： （（1））能消除静差能消除静差 （（2）动作快）动作快3.积分速度对调节过程的影响积分速度对调节过程的影响pTITI 大说明积分作用弱，TI 小说明积分作用强1））积积分分时时间间TI：：偏偏差差e为为阶阶跃跃输输入入信信号号，，当当积积分分输输出出增增长长到到与与比比例例输输出出相相等等时，所需要的时间时，所需要的时间 积分时间积分时间TI太大，积分太大，积分作用太弱，当作用太弱，当 积分作用为积分作用为0，输出为一，输出为一比例调节比例调节2））积分时间对调节过程的影响积分时间对调节过程的影响积积分分时时间间由由大大到到小小积积分分时时间间TI合合适适，，可可得得到到较较好好的的衰衰减减振振荡荡，，并并可可消除静差。

消除静差积积分分时时间间TI小小，，积积分分作作用强，易引起系统振荡用强，易引起系统振荡结论：结论： 比例作用在引入积分作用的同时，消除了比例作用在引入积分作用的同时，消除了系统的静差，但降低了原有系统的稳定性，系统的静差，但降低了原有系统的稳定性，为了保持与原有比例作用相同的稳定性，必为了保持与原有比例作用相同的稳定性，必须适当增大比例带须适当增大比例带分别取：分别取：比例比例 P比例积分比例积分 PI 三、比例微分控制三、比例微分控制1.微分控制器特性微分控制器特性：输出与输入的微分成正比：输出与输入的微分成正比微分方程：微分方程：传递函数：传递函数：etpDtepDtt特点特点:（（1））输出反应偏差的变化率，输出反应偏差的变化率，具有预调节作用具有预调节作用2））不能消除静差，当偏差变不能消除静差，当偏差变化缓慢时，微分作用也很弱化缓慢时，微分作用也很弱 2.比例微分控制比例微分控制微分方程：微分方程：传递函数：传递函数：具有饱和微分环节传递函数：具有饱和微分环节传递函数：pttp3.3.微分时间对控制过程的影响微分时间对控制过程的影响Td大，微分作用强，大，微分作用强， Td大小微大小微分作用弱。

分作用弱1））微分时间微分时间：输入量为斜坡函数，使比：输入量为斜坡函数，使比例项的输出等于微分项时所需的时间例项的输出等于微分项时所需的时间etptTd（（2））微分时间对控制过微分时间对控制过程的影响程的影响Td大，微分作用太强，大，微分作用太强，系统稳定性下降系统稳定性下降Td合适，有预调节作合适，有预调节作用，改善调节品质用，改善调节品质Td太小，微分作用弱，太小，微分作用弱，Td=0，，微分作用为微分作用为0 一一般般而而言言，，比比例例微微分分控控制制系系统统随随着着微微分分时时间间Td的的增增大大，，其其稳稳定定性性提提高高，，但但当当Td超超过某一值时，系统反而变的不稳定过某一值时，系统反而变的不稳定总结：总结： 当当比比例例作作用用加加入入微微分分作作用用，，可可使使系系统统趋趋向向稳稳定定，，为为了了得得到到与与原原来来比比例例作作用用相相同同的的稳稳定定性，可适当降低比例带，从而减小静差性，可适当降低比例带，从而减小静差PPD分别取：分别取：四、四、比例积分微分控制规律比例积分微分控制规律微分方程：微分方程：传递函数：传递函数：五、五、调节规律的选择调节规律的选择v被控对象时间常数较大，被控对象时间常数较大，应引入微分环节。

应引入微分环节若允许有残差，可选用若允许有残差，可选用PDPD，，否则选用否则选用PIDPIDv若被控对象的传递函数为若被控对象的传递函数为 ，则可，则可根据根据τ/T的值来确定控制算法的值来确定控制算法v被控对象时间常数较小，负荷变化不大，若允被控对象时间常数较小，负荷变化不大，若允许有残差，可选用许有残差，可选用P，，否则选用否则选用PIv被控对象时间常数和纯滞后较大，负荷变化较被控对象时间常数和纯滞后较大，负荷变化较大此时简单控制不能满足要求，应选用复杂大此时简单控制不能满足要求，应选用复杂控制。