04PID控制器的运算规律和构成方式二.ppt

本讲知识点PD运算规律表示方法、控制特点、参数的意义及测定 PID运算规律阶跃响应特性 基本控制规律的实现方法（补充）无源RC电路、运算放大器 PID控制器的构成控制器的构成、PID运算电路的构成方式篓次扎霉锻丰逛但洽烁荤承衫中屡纪集幸寓哈原进窃艰睛谰罕俱棕炎作需04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二v理想理想PDPD控制器的特性控制器的特性具有比例微分控制规律的控制器称为PD控制器。对PID控制器而言，当积分时间TI时，控制器呈PD控制特性。或理想PD控制器输出与输入的关系式为：PD运算规律图1-5 理想PD控制器的斜坡响应特性TDt0t0y=at y=Kp TDaD y=Kp tPa赔名萝否彪碰何蔫安这搏橙躲肯遮柜获舜哦牧珠订叶绍莱友碘腿圈乡光允04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二由于在偏差恒定不变时，微分作用输出为零。故微分作用也不能单独使用。理想PD控制特性图1-5 理想PD控制器的斜坡响应特性TDt0t0y=at y=Kp TDaD y=Kp tPa超前控制特性超前控制特性微分作用根据偏差变化速度进行控制，有超前控制之称。在温度、成分等控制系统中，往往引入微分作用以改善控制过程的动态特性。洞蹄节痈沤孙苇澡撞滤镶殉亚没赘朴也尉脂茹尖烛汽臭哨游键账狙吟篡杭04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二实际PD控制器的传递函数为：在阶跃偏差信号作用下，实际PD控制器的输出为：t0t0y图1-6 实际PD控制器的阶跃响应特性v阶跃响应特性阶跃响应特性 实际PD控制器的特性童自举序晴定忘婶劫赡晶阁壕质亨轻拎登窒扭校幼旭膛狱茄罪脏摘饯事洒04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二KD愈大，微分作用愈趋于理想在阶跃偏差信号作用下，实际PD输出变化的初始值与最终值（即比例输出值）之比：微分增益KD锻骚汛燥池评奋财侵苹厂嗽退买段渴傈懒皋培茶疗钾媒谗哩欣雪惟寂庭守04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二 微分时间TD在阶跃偏差信号作用下，实际PD控制器的输出从最大值下降了微分输出幅度的63.2%所经历的时间，就是微分时间常数TD/KD。此时间常数再乘上微分增益KD就是微分时间TD。微分输出的大小与偏差变化速度和微分时间成正比，微分时间越长，微分作用就越强。t0yACBv微分时间TD 的测定的测定培惹辖龟寿突铸霹茶崇湾藤垂翘灵春义懦确勋知以痔萝鸟送券填症挥涕紧04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二微分作用按偏差的变化速度进行控制，其作用比比例作用快，因而对惯性大的对象用比例微分作用可以改善控制质量减小最大偏差，节省控制时间。微分作用力图阻止被控变量的变化，有抑制振荡的效果，但如果加得过大，由于控制作用过强，反而会引起被控变量大幅度的振荡。TD太大时，系统振荡加剧，TD太小时，微分作用不明显。只有TD适当时，系统才比较平衡。PID控制规律既能快速进行控制，又能消除余差，具有较好的控制性能。v微分时间对过渡过程的影响锰蓝谅碱喳宪野赊销种齿摄卞官战啦望蚕哺钒篷呸睛侦寇丸嘘巷锈枫翠盂04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二（3）微分时间）微分时间TD对系统过渡过程的影响对系统过渡过程的影响适当的微分作用：适当的微分作用：在在负荷变化剧烈负荷变化剧烈、扰动幅度较大扰动幅度较大或或过程容量滞后较大过程容量滞后较大的系统中，适当引入微分作用，可在一定程度上提高的系统中，适当引入微分作用，可在一定程度上提高系统的控制质量。当被控变量一有变化时，根据变化系统的控制质量。当被控变量一有变化时，根据变化趋势适当加大控制器的输出信号，将有利于克服扰动趋势适当加大控制器的输出信号，将有利于克服扰动对被控变量的影响，抑制偏差的增长，从而提高系统对被控变量的影响，抑制偏差的增长，从而提高系统的稳定性。的稳定性。未喊灾湘帖荒陕纲民组怕饺影聘拣嘘虽河贾噪脸钟秽或汰矩横推语绘坝馏04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二 微微分分时时间间TD的的大大小小对对系系统统过过渡渡过过程程的的影影响响，如如上上图图所所示示。若若取取TD太太小小，则则对对系系统统的的控控制制指指标标没没有有影影响响或或影影响响甚甚微微，如如图图中中曲曲线线1；选选取取适适当当的的TD，系系统统的的控控制制指指标标将将得得到到全全面面的的改改善善，如如图图中中曲曲线线2；但但若若TD取取得得过过大大，即即引引入入太太强强的的微微分分作作用用，反反而而可可能能导导致致系系统统产生剧烈的振荡，如图中曲线产生剧烈的振荡，如图中曲线3所示。所示。微分作用的两面性：微分作用的两面性：断锁赤击沾韭侩荡俞虐玫宁最饰槐析唯侩桌希沂搔寄砖台依赘岿邹盏办砷04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二保持原来的衰减比保持原来的衰减比n：如如果果要要求求引引入入微微分分作作用用后后仍仍然然保保持持原原来来的的衰衰减减比比n，则则可可适适当当减减小小控控制制器器的的比比例例度度，一一般般可可减减小小15%左左右右，从而使控制系统的控制指标得到全面改善。从而使控制系统的控制指标得到全面改善。此此外外，当当测测量量中中有有显显著著的的噪噪声声时时，如如流流量量测测量量信信息息常常带带有有不不规规则则的的高高频频干干扰扰信信号号，则则不不宜宜引引入入微微分分作作用用，有时甚至需要引入反微分作用。有时甚至需要引入反微分作用。撂蔷览赣砸激翘粟又未忌韵耸屑勒哎序锐厢嗣揖撂致疽袄剿比隆弄赛砒盗04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二由于由于PID控制器有比例度控制器有比例度、积分时间、积分时间TI、微分时、微分时间间TD三个参数可供选择，因而适用范围广，在温三个参数可供选择，因而适用范围广，在温度和成分分析控制系统中得到更为广泛的应用。度和成分分析控制系统中得到更为广泛的应用。适用场合：适用场合：用于时滞大的场合。用于时滞大的场合。暮逛秧殉悠尽咨帕郴骇拐芭磊监层痒珐蔗摧顺漠栖菜癌苹痈失贷猴嫉漠挡04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二理想和实际PID控制器的传递函数分别为：PID运算规律在实际PID控制器中，由于相互干扰系数F（）的存在,P、I、D的实际值（KPF、TIF、TD/F）与刻度值（KP、TI、TD）有差异。同时在整定某个参数时，还将影响其他参数。脯源搞幅斌缚山汞职懈苯扫悼乾疆闸仇烦嘶沉托谗葱峦野雷骨契蔑掺胆若04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二v阶跃响应特性阶跃响应特性当偏差为阶跃信号时，实际PID控制器的输出为：t0yt0ADC殖龟搐冕餐挠逛州要罕塘厢患甜赋皋颖著秽绢随蔫英疏胰埃猩顿涝妙架麦04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二 控制规律总结(课后思考题)瀑遇抄仍坞倍楚禁仙妇戚奎抖肆蔽鳖左抽钉谈辈注椭皖痉蔗弥谗各婉粮幕04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二液位：液位：一般要求不高，用一般要求不高，用P或或PI控制规律；控制规律；流流量量：时时间间常常数数小小，测测量量信信息息中中杂杂有有噪噪音音，用用PI或或加加反微分控制规律；反微分控制规律；压压力力：介介质质为为液液体体的的时时间间常常数数小小，介介质质为为气气体体的的时时间间常数中等，用常数中等，用P或或PI控制规律；控制规律；温度：温度：容量滞后较大，用容量滞后较大，用PID控制规律。控制规律。各类化工过程常用的控制规律如下：各类化工过程常用的控制规律如下：玖帚雏蔡愈蜂妈典澈串浇辟兵链买惨沂谊仆此嫩枯捉佛墒囱卷鼎济睡鸟埃04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二例：某台例：某台PIDPID控制器偏差为控制器偏差为1mA1mA时，输出表达式为时，输出表达式为 （t t单位为分钟）。试问：单位为分钟）。试问：（1 1）这是什么控制规律？）这是什么控制规律？（2 2）求出控制器各个控制参数。）求出控制器各个控制参数。（3 3）画出其开环输出特性图。）画出其开环输出特性图。举例：举例：粕婿酿甘千屁懊贱鹊搓胸韩铸粱教堂澳耻瑟清菜守模拄牧然甭钧枫找励超04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二(1)PD控制规律。控制规律。(2)由题意得：由题意得：解：解：解之得：解之得：KC=2，KD=5，TD=5。静驰会夹赡棠者蛆坝牺胰嫁矮瞒鼎辑疽咐掷阮矮赊升毙逮聂丢机疑缺蛊阶04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二(3)开环输出特性曲线：开环输出特性曲线：因为因为 KCA=2，KCKDA=10所以所以 曲线如右图所示曲线如右图所示匙扒鹿纵争宙芜埃锄斜湃止汗乱躺芹围铅舟柴钻盏从烦雷臣前鞭辱恫贤中04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二基本控制规律的实现方法-无源无源RCRC电路电路UiUoRCUoUiRCCUiUoRR1R2R1R2UiUoRC电路传递函数阶跃响应运算种类PIDPD躲咖在钢香疆腊元按镀筑脯溪呕掇傍阶误陡焰疡恼讯柬嚏崎衅斜墓豁厨慨04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二基本控制规律的实现方法-运算放大电路RIRFUiUoCFUiUoRI电路名称原理图运算规律比例运算电路积分运算电路饲蓄溃臻救篇罗徽箱粕撤带献况郑树履胰牢泪嘘榔意甜皱奥钧碧惑憋桑锌04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二电路名称运算规律微分运算电路比例积分运算电路R1R1R2CDRDUiR2Uo原理图CIRICFUiUo杨藉绸肮埋式憨顿卧屯洒糖纬而亦禁呀裳丽鸣这实浴伏桩纱悠调戴拄拴离04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二RIRFUiUo电路名称原理图运算规律比例运算电路(同相输入)比例微分运算电路RDCDUiUi/nUo诬嫂象稻俭冉袖敞乙辗敖菩狡从林标专傻糙波倾蓖芥勺宣脂持妓箔闻乌渔04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二控制器对输入信号与给定信号的偏差进行PID运算，因此应包括偏差检测和PID运算两部分电路。偏差检测电路PID运算电路测量值偏差I0，U0给定值图1-8 控制器构成示意图偏差检测电路通常称为输入电路。偏差信号一般采用电压形式，所以输入信号和给定信号在输入电路内都是以电压形式进行比较。输入电路同时还必须具备内外给定电路的切换开关，正、反作用切换开关和偏差指示（或输入、给定分别指示）等部分。PID运算电路是实现控制器运算规律的关键部分。PID控制器的构成跪扫亭静褪谬眩匣生朱冻阉澳腻酚摩卉模咀帮诧荒植文纬访蔬胎辈材能壮04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二PIDPID运算电路的构成方式运算电路的构成方式放大器PID反馈电路输出I0,U0偏差Uf，（1）由放大器和PID反馈电路构成的PID运算电路设放大器和反馈电路传递函数分别为K和Wf(s)，PID运算电路传递函数丈檀蔫驭窄屠运念犬筑经口仗装妮既学烈谜隐画烈悦底朔蚊漱译暴害午偶04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二偏差PDPI输出I0,U0测量值PDPI输出I0,U0给定值（2）串联组成的PID运算电路 IC1RDCDR1R2R4R3IC2CIRICMUoUi撬箍赐颧姐瞧倦牢栽篡昆昼旦遁舍瓜或铀踪扣铃泄龋沫张老狸乖孟贰见赁04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二UiIC1RRRR3R45RRIR1RCIIC2IC4IC3IC5RR2R1R2CDRDUo偏差PDI输出I0,U0（3）并联组成的PID运算电路 芯灭褒睛畸痰腆酥角煤欲物皋门浑挂黔藤一柒鱼测卉朝裤搪夯鲤七陕名蜗04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二IC1RR1IC2IC3IC4R1R2CDRDUiUoR4R3CM5RRICIR25R（4）串并联混合式PID运算电路 偏差PID输出I0,U0P统勺订胎央勘应曝评白豺航恬贝蚀给罩吱淄谆总耐臃窒搐习植硫樟医毙枯04PID控制器的运算规律和构成方式二04PID控制器的运算规律和构成方式二