(58)--3.4.2 单回路控制系统—模拟PID控制算法（PI）.ppt

单击此处编辑母版标题样式过程控制工程“Process Control Engineering”第三章 单回路控制系统比例积分控制单击此处编辑母版标题样式本节目录CONTENS1比例积分控制2积分饱和3系统性能的影响和应用场合单击此处编辑母版标题样式引言比例控制具有以下优点：无延时，响应快。Kp增大，系统静差减小；存在以下问题：无法消除静差；Kp过大则容易使系统产生振荡，太小则系统调节时间太长改进措施引入积分单击此处编辑母版标题样式1.比例积分控制 比例积分控制规律是指控制器的输出与输入呈现比例和积分双重关系。(1)传递函数微分方程：传递函数：单击此处编辑母版标题样式1.比例积分控制(2)特点比例作用起到粗调的作用，能迅速反应输入的变化；积分作用起到细调的作用，达到消除稳态误差的目的。由于积分环节存在相位滞后，会造成系统的稳定性和动态性能变差。积分控制器存在积分饱和现象。单击此处编辑母版标题样式2.积分饱和(1)积分饱和什么是积分饱和?由于积分过量造成控制不及时的现象称为积分饱和。积分饱和的出现过程 如果控制系统偏差长期存在，在控制器积分作用下，控制器输出会不断增加或减小，直到输出超过仪表范围最大或最小值。如果偏差反向，控制器输出不能及时反向，必须经过一定延时，控制器输出才能从最大或最小极限值回复到仪表范围最大或最小值。单击此处编辑母版标题样式 如图所示，加热器水温控制系统中，为保证气源中断时的生产安全，调节阀采用气开式；控制器选用反作用方式，控制规律选择PI控制。2.积分饱和加热器水温控制系统举例单击此处编辑母版标题样式 假设起始阶段水温低于给定值，在PI控制作用下，控制器输出逐渐增大，最终达到气源压力0.14MPa进入深度饱和。在t1t2阶段，水温上升但仍低于给定值，控制器输出维持在气源压力。直到t2时刻后，偏差出现反向，控制器输出逐渐减小，但是调节阀未动作。t3时刻，调节阀开度才开始减小，这会使控制作用不及时，引起较大的反向超调。积分饱和现象 2.积分饱和单击此处编辑母版标题样式为什么会出现积分饱和？内因：控制器有积分控制作用；外因：控制系统偏差长期存在。积分饱和的后果 控制器不能发挥调节作用，造成调节不及时，使系统的动态响应变差，控制性能变差。2.积分饱和单击此处编辑母版标题样式(2)防止积分饱和的措施限制比例积分控制器的输出;UPI 设定限值时，UPI=Umax结果：这样有可能在正常操作中不能消除系统的余差。积分分离法e设定限值时，改用纯P调节结果：既不会积分饱和又能在小偏差时利用积分作用消除偏差。遇限削弱积分法。UPI设定限值时，只累加负偏差，反之亦然。结果：可避免控制量长时间停留在饱和区。2.积分饱和单击此处编辑母版标题样式3.系统性能的影响和应用场合定值控制系统定值控制系统随动控制系统随动控制系统(1)PI控制对控制系统的影响若保持控制器的比例度不变，随着TI减小，则积分作用增强，消除余差较快，但衰减比减小，控制系统的振荡加剧，随动控制系统闭环相应的超调量增大。单击此处编辑母版标题样式3.系统性能的影响和应用场合 同样的衰减比下，减小Ti，为使衰减比不变，必须减小KC，此时定值控制系统最大偏差反而增加。定值控制系统定值控制系统随动控制系统随动控制系统单击此处编辑母版标题样式(2)应用场合引入积分作用能消除余差，但加入积分作用后要保持系统原有的稳定性，必须加大比例度，以使控制质量有所下降。对于控制通道滞后小，负荷变化不太大，工艺上不允许有余差的场合，采用比例积分控制规律可获得较好的控制质量。针对应用场合积分时间选择如表所示。3.系统性能的影响和应用场合对象特性象特性压力力流量流量温度温度液位液位积分时间(min)0.430.11310无单击此处编辑母版标题样式小结2、积分饱和1、比例比例积分控制控制传递函数和阶跃响应特点什么是积分饱和积分饱和的产生原因防止积分饱和的措施3、系系统统性能的影响和性能的影响和应应用用场场合合PI控制对控制系统的影响应用场合单击此处编辑母版标题样式本小节结束本小节结束