单位负反馈系统的PID控制器设计及参数整定.ppt

机电系统计算机控制三级项目单位负反馈系统的PID控制器设计及参数整定小组成员：魏晨光 田少许 于越龙 陈振强指导老师：刘思远目录PID控制概述 PID控制的现实意义 PID控制器对系统性能的影响 项目感想PID控制概述 这个理论和应用自动控制的关键是做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有70多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e(t）与输出u(t）的关系为 u(t)=kpe(t)+1/TIe(t)dt+TD*de(t)/dt 式中积分的上下限分别是0和t 因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp1+1/(TI*s)+TD*s kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数PID控制的现实意义 目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator），其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC），还有可实现PID控制的PC系统等等。可编程控制器（PLC)是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器（PLC）可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现 PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。PID控制器对系统性能的影响 系统模型构建开环传递函数Simulink模型PID控制器对系统性能的影响 P控制器对系统性能的影响(1)对动态特性的影响 比例控制参数Kp加大，使系统的动作灵敏，速度加快，Kp越大，振荡次数加多，调节时间也越长。当Kp太大时，系统会趋于不稳定，若Kp太小，又会使系统的动作缓慢。(2)对稳态特性的影响 在系统稳定的情况下，比例系数Kp增大，稳态误差就会减少，以此来提高控制精度，但是加大Kp只是减少稳态误差却无法从本质上消除稳态误差。PID控制器对系统性能的影响 P控制器对系统性能的影响系统图PID控制器对系统性能的影响 P控制器对系统性能的影响 比例作用就是以比例形式来反应 系统的偏差信号e(t)，以最快速 度来产生控制作用，使偏差逐渐 趋于减小。PID控制器对系统性能的影响 PI控制器对系统性能的影响 引入积分后，主要是为了在稳态状态下，满足被控量对设定值的无静差跟踪，对系统的性能影响主要表现为：(1)对动态特性的影响 积分作用会引起系统的稳定性下降，Ti太小，系统将不稳定，Ti偏小到一定程度时，系统会出现振荡；Ti太大，对系统性能的影响力也会缩减，只有当正合适时，才能出现比较理想的过渡特性。(2)对稳态特性的影响 积分作用能够降低系统稳态误差，同时也能提高系统的控制精度，不过，当Ti 值太大时，积分作用将会变得非常弱，稳态误差。也不会紧随减弱了。PID控制器对系统性能的影响 PI控制器对系统性能的影响系统图PID控制器对系统性能的影响 PI控制器对系统性能的影响 引入积分后，主要是为了在稳态状态下，满足被控量对设定值的无静差跟踪 PID控制器对系统性能的影响 PID控制器对系统性能的影响 PID控制器各个参数对系统的动态和稳态性能起着不同的作用，这三个参数的取值优劣将直接影响PID控制系统的控制品质好坏。微分作用常规使用会与比例作用、比例积分作用联合，构成PD控制器或者PID控制器。微分作用：改善闭环系统的动态特性和稳定性。Td偏大时，超调量会较大，调节时间也会较长；Td偏小时，超调量也较大，相应调节时间也会较长。PID控制器对系统性能的影响 PID控制器对系统性能的影响系统图PID控制器对系统性能的影响 PID控制器对系统性能的影响试凑法简介（1）先用P再用I最后再加D（2）调试时，将PID参数置于影响最小的位置，即P最 大，I最大，D最小（3）按纯比例系统整定比例，使其得到比较理想的调节过程曲线，将积分时间从大到小改变，使其得到较好的调节过程曲线（4）最后在这个积分时间下重新改变比例，得到更好的曲线（5）将整定好的比例和积分时间适当减小，加入微分作用，以得到超调量最小、调节作用时间最短的调节过程。