【教学课件】第二章比例积分微分控制及其调节过程过程控制.ppt

Process ControlProcess Control过程控制过程控制清华大学自动化系清华大学自动化系王京春王京春第二章第二章 比例积分微分控制比例积分微分控制及其调节过程及其调节过程2-1 控制系统动态过程的品质指标控制系统动态过程的品质指标2-2 调节器的基本特性调节器的基本特性2-3 比例控制器及其调节过程比例控制器及其调节过程2-4 积分制器及其调节过程积分制器及其调节过程2-5 比例积分控制器及其调节过程比例积分控制器及其调节过程2-6 比例积分微分控制比例积分微分控制2-1 2-1 控制系统动态过程的品质指标控制系统动态过程的品质指标一.品质指标：1.要求：稳定，准确，快速。以稳定性为首要指标；三者相互联系，相互制约；评价系统的好坏，应根据实际情况，综合考虑三个方面2.性能指标：稳定性指标：衰减率，一般为7590准确性指标准确性指标：F稳（静）态偏差：新的稳定值与设定值的差值 在干扰作用下 在给定值作用下 F最大动态偏差：动态过程中被控量与设定值的最大差值F超调量：定值扰动下，经常用它来描述动态准确性。F快速性指标：过程调整时间ts 以稳定值的5或2作一许可误差范围，从过程起点到被控量达到并保持在这一范围内所需要的时间综合指标：综合指标：误差积分绝对误差积分平方误差积分时间与绝对误差乘积积分3.二阶系统的性能指标二阶系统的性能指标 与特征参数的关系与特征参数的关系 m 是特征根的实部与虚部之比，被称为系统的相对稳定度，衰减率 m 阻尼比 0.75 0.221 0.215 0.9 0.366 0.344 0 1 m 系统趋向稳定。2-2 2-2 调节器的基本特性调节器的基本特性F常规控制器的组成：给定值设定机构，偏差比较机构，控制运算模块。一一.调节器的正、反作用：调节器的正、反作用：F 调节器的首要任务是要构成一个负反馈系统，以维持系统的稳定。F 通过分析系统其它环节的正负号，正确选择调节器的正反作用，使系统成为负反馈系统F工业调节器正反作用的定义正作用：测量值控制作用反作用：测量值控制作用测量值增大与减小的基准是设定值F正反作用的选择原则广义过程 为时，选反作用控制器广义过程 为时，选正作用控制器+-ryuym+二二.运算规律运算规律F调节器以偏差e为输入，控制（操作）量为输出F比例作用(Proportional control,P)F比例调节器的参数：比例放大倍数Kc 比例带；F 积分作用(Integral Control,I)F 积分调节器的参数:积分速度Ki，积分时间TiF PI作用F微分作用(Derivative,D)F理想微分F实际微分FPD作用 F 传递函数：euFMATLAB中的PID控制器2-3 比例控制器及其调节过程比例控制器及其调节过程一一.比例控制器的动作规律：比例控制器的动作规律：传递函数：比例控制器的调整参数：Kc:比例放大倍数；：比例带；阶跃响应曲线yu 二二.控制实例控制实例：浮子水位控制：浮子水位控制以原始平衡点作为设定点。例：流入量0.5t/h;流出量0.5t/h,水位高度40cm;流出量?新的水位高度？杠杆水槽液位浮子+-r=40cmyuym+进水阀D出水阀浮子水位控制系统框图浮子水位控制系统框图实例小结实例小结阀位与偏差一一对应：阀门位置与水位（浮子）位置一一对应。按比例动作：阀芯移动的数值与浮子上下移动的数值成比例，比值是杠杆比。比例控制是有差控制：它必然存在静态偏差。比例控制是一种有效的控制作用。三三.比例带的定义比例带的定义：F比例带是一个无量纲的纯数值 F其物理意义为：调节阀从全开到全关（输出作全量程范围变化时），输入（被控量）的变化占其全量程变化范围的百分数。F输入输出是相对于控制器而言的F例：一个温度控制系统，温度变送器的量程为100200，当温度变化4时，可使调节阀从50到70变化，比例带 F比例带输入/输出；F比例带越大，控制作用越弱；比例带越小，控制作用越强。四四.比例控制系统的调节过程比例控制系统的调节过程换热器采用比例控制1.调节器正反作用的讨论换热器蒸汽w 2D,1TC2.静特性：F调节器的静特性：偏差与控制信号的对应关系F过程的静特性：在流入侧温度一定，入口流量一定时，蒸汽阀门开度与出口温度的对应关系（不同负荷流量下，有不同的静态特性曲线。1AOABQ1100%+-ruym+-+-ruym+-+-KHSLSbuhuquaShf间歇单元EhAAhEoEiR1RIC1C2R2S2-6 比例积分微分控制比例积分微分控制一、微分作用及其特点F理想微分F实际微分微分时间Td；微分增益Kd提供0至90o导前角，改善系统动态特性微分作用在静态时输出为0，无控制作用二二.比例微分控制器的动作规律比例微分控制器的动作规律F传递函数F阶跃响应曲线F调节器的调整（特征）参数三三.微分作用对系统性能指标的影响微分作用对系统性能指标的影响F对稳定性的影响适当引入微分，可提高系统稳定性F对稳态性能的影响 无作用F对其它性能指标的影响 引入Td，可提高快速性，提高系统的工作频率特征方程：按Roth判据可得，稳定范围为 1.32Td7.68Td太大或太小，都会破坏系统的稳定性 GcGp四四.比例积分微分三作用控制器比例积分微分三作用控制器1、PID的动作规律：2、阶跃响应与特征参数3、三种作用的相互配合 本章小结本章小结F基本计算式F传递函数F整定参数F单位阶跃响应曲线F在控制中的基本作用F整定参数变化对干扰作用的影响F整定参数变化对定值作用的影响习题F2.1F2.4F2.5