自动控制原理教学课件.ppt

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1、内内 容容 提提 要要 为改善系统的动态性能和稳态性能，常在系统为改善系统的动态性能和稳态性能，常在系统中附加校正装置，这就是系统校正。中附加校正装置，这就是系统校正。按校正装置在按校正装置在系统中的位置不同，系统校正分为串联校正，反馈系统中的位置不同，系统校正分为串联校正，反馈校正和复合校正。根据校正装置的特性又可分为超校正和复合校正。根据校正装置的特性又可分为超前校正，滞后校正，滞后前校正，滞后校正，滞后-超前校正。校正的实质均超前校正。校正的实质均表现为修改描述系统运动规律的数学模型。设计校表现为修改描述系统运动规律的数学模型。设计校正装置的过程是一个多次试探的过程并带有许多经正装置的过

2、程是一个多次试探的过程并带有许多经验，计算机辅助设计为系统校正装置的设计提供了验，计算机辅助设计为系统校正装置的设计提供了有效手段。有效手段。第第6 6章章 控制系统的设计和校正控制系统的设计和校正第6章 控制系统的设计和校正知知 识识 要要 点点 线性系统的基本控制规律比例（P）、积分（I）、比例-微分（PD）、比例-积分（PI）和比例-积分-微分（PID）控制规律。超前校正，滞后校正，滞后-超前校正，用校正装置的不同特性改善系统的动态特性和稳态特性。串联校正，反馈校正和复合校正。第6章 控制系统的设计和校正 对一个控制系统来说对一个控制系统来说,如果它的元部如果它的元部件、参数已经给定件、

3、参数已经给定,就要分析它能否满足就要分析它能否满足所要求的各项性能指标。一般把解决这所要求的各项性能指标。一般把解决这类问题的过程称为类问题的过程称为系统的分析系统的分析。第6章 控制系统的设计和校正 在实际工程控制问题中，还有另一类问题需在实际工程控制问题中，还有另一类问题需要考虑，即往往事先确定了要求满足的性能指要考虑，即往往事先确定了要求满足的性能指标，要求设计一个系统并选择适当的参数来满标，要求设计一个系统并选择适当的参数来满足性能指标的要求，或考虑对原已选定的系统足性能指标的要求，或考虑对原已选定的系统增加某些必要的元件或环节，使系统能够全面增加某些必要的元件或环节，使系统能够全面地

4、满足所要求的性能指标，同时也要照顾到工地满足所要求的性能指标，同时也要照顾到工艺性、经济性、使用寿命和体积等。艺性、经济性、使用寿命和体积等。这类问题这类问题称为系统的综合与校正，或者称为系统的设计。称为系统的综合与校正，或者称为系统的设计。第6章 控制系统的设计和校正1.1.线性控制系统理论的基本内容线性控制系统理论的基本内容n系系统统建建模模：微微分分/差差分分方方程程、传传递递函函数数、方方框框图图、信号流图、频率特性、状态空间表达式等信号流图、频率特性、状态空间表达式等n系系统统分分析析：时时域域分分析析、频频域域分分析析、根根轨轨迹迹分分析析、状态空间分析等状态空间分析等n系系统统综

5、综合合：校校正正、状状态态空空间间综综合合法法、鲁鲁棒棒优优化化法等法等引引 言言第6章 控制系统的设计和校正2.控制系统设计和校正控制系统设计和校正n设设计计问问题题：根根据据给给定定被被控控对对象象和和自自动动控控制制的的技技术术要要求求，单单独独进进行行控控制制器器设设计计，使使控控制制器器与与被被控控对对象象组组成的系统能较好地完成自动控制任务。成的系统能较好地完成自动控制任务。n校校正正问问题题：一一种种原原理理性性的的局局部部设设计计。在在系系统统的的基基本本部部分分（通通常常指指对对象象、执执行行机机构构、测测量量元元件件等等主主要要部部件件）已已确确定定的的条条件件下下，设设计

6、计校校正正装装置置的的传传函函和和调调整整系统放大倍数，使系统动态性能满足一定的要求。系统放大倍数，使系统动态性能满足一定的要求。n两两者者区区别别：设设计计问问题题要要求求设设计计整整个个控控制制器器，而而校校正正问题设计的只是控制器的一部分（校正装置）。问题设计的只是控制器的一部分（校正装置）。第6章 控制系统的设计和校正3.校正问题的三要素校正问题的三要素系系统统的的基基本本部部分分（原原有有部部分分）：被被控控对对象、控制器的基本部分象、控制器的基本部分给定给定系统的性能要求系统的性能要求给定给定校正装置校正装置需设计（未知）需设计（未知）第6章 控制系统的设计和校正4.4.校正装置的

7、实现校正装置的实现n通通常常是是参参数数易易于于调调整整的的专专用用装装置置（模模电电或或数电装置）数电装置）n校校正正方方式式多多样样化化：串串联联校校正正、反反馈馈校校正正、前馈补偿等前馈补偿等n注意注意：校正方案不唯一：校正方案不唯一第6章 控制系统的设计和校正目目 录录v6.1 6.1 概概 述述v6.2 6.2 线性系统的基本控制规律线性系统的基本控制规律v6.3 6.3 校正装置及其特性校正装置及其特性v6.4 6.4 采用根轨迹法进行串联校正采用根轨迹法进行串联校正v6.5 6.5 频率法进行串联校正频率法进行串联校正v6.6 6.6 反馈校正反馈校正v6.7 6.7 复合校正复

8、合校正v6.8 6.8 基于基于MATLABMATLAB和和SIMULINKSIMULINK的线性控制系的线性控制系统设计统设计v小小 结结第6章 控制系统的设计和校正系统的性能指标，按其类型可以分为：系统的性能指标，按其类型可以分为：(1)时时域域性性能能指指标标，包包括括稳稳态态性性能能指指标标和和动动态态性性能能指标；指标；(2)频频域域性性能能指指标标，包包括括开开环环频频域域指指标标和和闭闭环环频频域域指标；指标；(3)综综合合性性能能指指标标(误误差差积积分分准准则则)，它它是是一一类类综综合合指指标标，若若对对这这个个性性能能指指标标取取极极值值，则则可可获获得得系系统统的的某某

9、些些重重要要参参数数值值，而而这这些些参参数数值值可可以以保保证证该该综综合性能为最优。合性能为最优。6.1 6.1 概概 述述6.1.1 6.1.1 系统的性能指标系统的性能指标第6章 控制系统的设计和校正1.时域性能指标时域性能指标 评价控制系统优劣的性能指标，一般是根据评价控制系统优劣的性能指标，一般是根据系统在典型输入下输出响应的某些特征点规定的。系统在典型输入下输出响应的某些特征点规定的。常用的时域指标有：常用的时域指标有：(1)稳态指标稳态指标静态位置误差系数静态位置误差系数Kp静态速度误差系数静态速度误差系数Kv静态加速度误差系数静态加速度误差系数Ka 稳态误差稳态误差ess 第

10、6章 控制系统的设计和校正(2)动态指标动态指标上升时间上升时间tr峰值时间峰值时间tp调整时间调整时间ts 最大超调量最大超调量(或最大百分比超调量或最大百分比超调量)Mp 振荡次数振荡次数N第6章 控制系统的设计和校正2.频域性能指标频域性能指标(1)开环频域指标开环频域指标开环截止频率开环截止频率c(rad/s)；相角裕量相角裕量()；幅值裕量幅值裕量Kg。(2)闭环频域指标闭环频域指标一一般般应应对对闭闭环环频频率率特特性性提提出出要要求求，例例如如给给出出闭闭环环频率特性曲线，并给出闭环频域指标如下：频率特性曲线，并给出闭环频域指标如下：谐振频率谐振频率r；谐振峰值谐振峰值 Mr。第

11、6章 控制系统的设计和校正闭环截止频率闭环截止频率b b与闭环带宽与闭环带宽00b b ：一般规定一般规定A()由由A(0 0)下降到下降到3dB时的频率，时的频率，亦即亦即A()由由A(0 0)下降到下降到0.707 A(0 0)时的频率叫作时的频率叫作系统的闭环截止频率。频率由系统的闭环截止频率。频率由0 b的范围称的范围称为系统的闭环带宽。为系统的闭环带宽。第6章 控制系统的设计和校正3.综合性能指标综合性能指标(误差积分准则误差积分准则)综综合合性性能能指指标标有有各各种种不不同同的的形形式式，常常用用的的有有以以下几种：下几种：（1）误差积分(IE)（2）绝对误差积分(IAE)第6章

12、 控制系统的设计和校正（3）平方误差积分(ISE)（4）时间与绝对误差乘积积分(ITAE)以上各式中，见图31。第6章 控制系统的设计和校正4.各类性能指标之间的关系各类性能指标之间的关系 各类性能指标是从不同的角度表示系统的性能，各类性能指标是从不同的角度表示系统的性能，它们之间存在必然的内在联系。对于二阶系统，时它们之间存在必然的内在联系。对于二阶系统，时域指标和频域指标之间能用准确的数学式子表示出域指标和频域指标之间能用准确的数学式子表示出来。它们可统一采用阻尼比来。它们可统一采用阻尼比和无阻尼自然振荡频和无阻尼自然振荡频率率n来描述，如所示。来描述，如所示。二阶系统的时域性能指标二阶系

13、统的时域性能指标第6章 控制系统的设计和校正二阶系统的频域性能指标二阶系统的频域性能指标第6章 控制系统的设计和校正n性性能能指指标标通通常常由由控控制制系系统统的的使使用用单单位位或或被被控控对象的制造单位提出。对象的制造单位提出。n一个具体系统对指标的要求应有所侧重一个具体系统对指标的要求应有所侧重n调速系统对平稳性和稳态精度要求严格；调速系统对平稳性和稳态精度要求严格；n随动系统对快速性期望很高。随动系统对快速性期望很高。n性能指标的提出要有依据，不能脱离实际性能指标的提出要有依据，不能脱离实际n负载能力的约束；负载能力的约束；n能源功率的约束等。能源功率的约束等。第6章 控制系统的设计

14、和校正6.1.2 6.1.2 系统的校正系统的校正 校正装置的形式及它们和系统其它部分的联接校正装置的形式及它们和系统其它部分的联接方式，称为系统的校正方式。校正方式可以分为串方式，称为系统的校正方式。校正方式可以分为串联校正、反馈联校正、反馈(并联并联)校正、前置校正和干扰补偿等。校正、前置校正和干扰补偿等。串联校正和并联校正是最常见的两种校正方式。串联校正和并联校正是最常见的两种校正方式。1.串联校正串联校正校正装置串联在系统的前向通道中，如图校正装置串联在系统的前向通道中，如图6-1所示。所示。第6章 控制系统的设计和校正图图6-1 串联校正串联校正 图图62 反馈校正反馈校正第6章 控

15、制系统的设计和校正图图6-3 前置校正前置校正图图6-4 干扰补偿干扰补偿第6章 控制系统的设计和校正3.前置校正前置校正 前前置置校校正正又又称称为为前前馈馈校校正正，是是在在系系统统反反馈馈回回路之外采用的校正方式之一，如图路之外采用的校正方式之一，如图6-3所示。所示。4.干扰补偿干扰补偿 干干扰扰补补偿偿装装置置Gc(s)直直接接或或间间接接测测量量干干扰扰信信号号n(t)，并并经经变变换换后后接接入入系系统统，形形成成一一条条附附加加的的、对对干扰的影响进行补偿的通道，如图干扰的影响进行补偿的通道，如图6-4所示。所示。第6章 控制系统的设计和校正 根据校正装置的特性，校正装置可分为

16、超前根据校正装置的特性，校正装置可分为超前校正装置、滞后校正装置和滞后校正装置、滞后校正装置和滞后-超前校正装置。超前校正装置。(1)超前校正装置超前校正装置 校正装置输出信号在相位上超前于输入信号，校正装置输出信号在相位上超前于输入信号，即校正装置具有正的相角特性，这种校正装置称即校正装置具有正的相角特性，这种校正装置称为超前校正装置，对系统的校正称为超前校正。为超前校正装置，对系统的校正称为超前校正。第6章 控制系统的设计和校正(2)滞后校正装置滞后校正装置 校校正正装装置置输输出出信信号号在在相相位位上上落落后后于于输输入入信信号号，即即校校正正装装置置具具有有负负的的相相角角特特性性，

17、这这种种校校正正装装置置称称为为滞后校正装置，对系统的校正称为滞后校正。滞后校正装置，对系统的校正称为滞后校正。(3)滞后滞后-超前校正装置超前校正装置 若若校校正正装装置置在在某某一一频频率率范范围围内内具具有有负负的的相相角角特特性性，而而在在另另一一频频率率范范围围内内却却具具有有正正的的相相角角特特性性，这这种种校校正正装装置置称称滞滞后后-超超前前校校正正装装置置，对对系系统统的的校校正正称为滞后称为滞后-超前校正。超前校正。返回第6章 控制系统的设计和校正n在在系系统统基基本本部部分分已已经经确确定定的的条条件件下下，为为保保证证系系统统满满足足动动态态性性能能指指标标，往往往往还

18、还需需要要在在系系统统中中附附加加一一些些具具有有一一定定动动力力学学性性质质的的附附加加装装置置，称称为为校校正正元元件件（装装置）置）。n根根据据校校正正装装置置加加入入系系统统的的方方式式和和所所起起的的作作用用不不同同，可将其作如下分类：可将其作如下分类：第6章 控制系统的设计和校正第6章 控制系统的设计和校正相当于相当于对给定对给定值信号值信号进行整进行整形和滤形和滤波后再波后再送入反送入反馈系统馈系统第6章 控制系统的设计和校正串联校正和反馈校正属于串联校正和反馈校正属于主反馈回路之内的校正主反馈回路之内的校正。前馈补偿和扰动补偿属于前馈补偿和扰动补偿属于主回路之外校正主回路之外校

19、正。对对系系统统校校正正可可采采取取以以上上（除除扰扰动动补补偿偿外外）四四种种方方式式中任何一种，也可采用某种组合。中任何一种，也可采用某种组合。对对扰扰动动信信号号直直接接或或间间测测量量，形形成成附附加加扰扰动动补补偿偿通通道道第6章 控制系统的设计和校正校正设计的方法校正设计的方法1.1.频率法频率法n主主要要是是应应用用开开环环BodeBode图图。基基本本做做法法是是利利用用适适当当的的校校正正装装置置的的BodeBode图图，配配合合开开环环增增益益的的调调整整来来修修改改原原来来的的开开环环系系统统BodeBode图图，使使得得开开环环系系统统经经校校正正和和增增益益调调整整后

20、后的的BodeBode图图符合性能指标要求。符合性能指标要求。即，原开环Bode图校正环节Bode图增益调整校正后的开环Bode图第6章 控制系统的设计和校正2.根轨迹法n在在系系统统中中加加入入校校正正装装置置，相相当当于于增增加加了了新新的的开开环环零零极极点点，这这些些零零极极点点将将使使校校正正后后的的闭闭环环根根轨轨迹迹，向向有有利利于于改改善善系系统统性性能能的的方方向向改改变变，系系统统闭闭环环零零极极点点重重新新布布置置，从从而而满满足足闭闭环环系系统统性性能能要求。要求。第6章 控制系统的设计和校正6.2 6.2 线性系统的基本控制规律线性系统的基本控制规律 校正装置中最常用

21、的是校正装置中最常用的是PID控制规律。控制规律。PID控制控制是比例积分微分控制的简称。在科学技术特别是电是比例积分微分控制的简称。在科学技术特别是电子计算机迅速发展的今天，涌现出许多新的控制方子计算机迅速发展的今天，涌现出许多新的控制方法，但法，但PID由于它自身的优点仍然是得到最广泛应用由于它自身的优点仍然是得到最广泛应用的基本控制规律。的基本控制规律。第6章 控制系统的设计和校正n增增加加校校正正装装置置，可可改改变变了了描描述述系系统统运运动动过过程程的的微微分方程分方程，从而改变，从而改变系统响应系统响应。n具具有有不不同同比比例例关关系系的的校校正正器器可可以以改改变变微微分分方

22、方程程相相应应项项的的系系数数，改改变变系系统统零零极极点点分分布布，从从而而改改变变系系统响应。统响应。n为为了了更更大大程程度度地地改改变变系系统统运运动动微微分分方方程程，以以使使系系统统具具有有所所要要求求的的暂暂态态和和稳稳态态性性能能，应应使使用用具具有有微微分和积分分和积分功能的校正器。功能的校正器。第6章 控制系统的设计和校正PID控制具有以下优点：控制具有以下优点：(1)原理简单，使用方便；原理简单，使用方便；(2)适适应应性性强强,按按PID控控制制规规律律进进行行工工作作的的控控制制器器早早已已商商品品化化，即即使使目目前前最最新新式式的的过过程程控控制制计计算算机机，其

23、基本控制功能也仍然是其基本控制功能也仍然是PID控制；控制；(3)鲁鲁棒棒性性强强，即即其其控控制制品品质质对对被被控控制制对对象象特特性性的的变化不大敏感。变化不大敏感。第6章 控制系统的设计和校正 在在控控制制系系统统的的设设计计与与校校正正中中，PID控控制制规规律律的的优优越越性性是是明明显显的的，它它的的基基本本原原理理却却比比较较简简单单。基基本本PID控制规律可描述为控制规律可描述为这里这里 KP 、KI、KD 为常数。设计者的问题是如何为常数。设计者的问题是如何恰当地组合这些元件或环节，确定连接方式以及它恰当地组合这些元件或环节，确定连接方式以及它们的参数，以便使系统全面满足所

24、要求的性能指标。们的参数，以便使系统全面满足所要求的性能指标。第6章 控制系统的设计和校正比例控制器的传递函数为比例控制器的传递函数为式中，式中，KP 称为比例系数或增益（视情况可设置为称为比例系数或增益（视情况可设置为正或负）。正或负）。比例控制器作用于系统，结构如图比例控制器作用于系统，结构如图6-5所示。系所示。系统的特征方程统的特征方程6.2.1 6.2.1 比例（比例（P P）控制作用）控制作用第6章 控制系统的设计和校正图图6-5 具有比例控制器的系统具有比例控制器的系统第6章 控制系统的设计和校正讨论：讨论：1.比比例例控控制制器器实实质质上上是是一一个个具具有有可可调调增增益益

25、的的放放大大器器。在在信信号号变变换换过过程程中中，比比例例控控制制器器只只改改变变信信号号的的增增益而不影响其相位。益而不影响其相位。2.在在串串联联校校正正中中，加加大大控控制制器器增增益益Kp，可可以以提提高高系系统统的的开开环环增增益益，减减小小系系统统的的稳稳态态误误差差，从从而而提提高高系系统统的的控控制制精精度度，但但会会降降低低系系统统的的相相对对稳稳定定性性，甚至可能造成闭环系统不稳定。甚至可能造成闭环系统不稳定。3.因因此此，在在系系统统校校正正设设计计中中，很很少少单单独独使使用用比比例例控控制制规律。规律。第6章 控制系统的设计和校正6.2.2 6.2.2 比例微分（比

26、例微分（PDPD）控制作用）控制作用比例微分控制的传递函数为比例微分控制的传递函数为式中，式中，KD称为微分增益。称为微分增益。采采用用比比例例微微分分（PD）校校正正二二阶阶系系统统的的结结构构框图如图框图如图6-6所示。所示。控制器的输出信号：控制器的输出信号：第6章 控制系统的设计和校正图图6-6 具有具有PD控制器的系统控制器的系统原系统的开环传递函数：原系统的开环传递函数：串入串入PD控制器后系统的开环传递函数：控制器后系统的开环传递函数：第6章 控制系统的设计和校正图6-7 微分作用的波形图第6章 控制系统的设计和校正 微微分分控控制制对对系系统统的的影影响响可可通通过过系系统统单

27、单位位阶阶跃跃响响应应的的作作用用来来说说明明。设设系系统统仅仅有有比比例例控控制制的的单单位位阶阶跃跃响响应应如如图图6-7（a）所所示示，相相应应的的误误差差信信号号及及其其误误差差对对时时间间的的导导数数分分别别示示于于图图6-7（b）和和（c）。从从图图（a）可可看看出出，仅仅有有比比例例控控制制时时系系统统阶阶跃跃响响应应有相当大的超调量和较强烈的振荡。有相当大的超调量和较强烈的振荡。微微分分控控制制反反映映误误差差的的变变化化率率，只只有有当当误误差差随随时时间间变变化化时时，微微分分作作用用才才会会对对系系统统起起作作用用，而而对对无无变变化化或或缓缓慢慢变变化化的的对对象象不不

28、起起作作用用，因因此此微微分分控控制制在在任任何何情情况况下下不不能能单单独独地地与与被被控控对对象象串串联联使使用用，而只能构成而只能构成PD或或PID控制。控制。另外，微分控制有放大噪声信号的缺点。另外，微分控制有放大噪声信号的缺点。第6章 控制系统的设计和校正比例比例微分微分(PD)控制规律控制规律n具具有有比比例例微微分分控控制制规规律律的的控控制制器器，称称为为比比例例微分微分(PD)控制器。控制器。其其中中Kp为为比比例例系系数数，Td为为微微分分时时间间常常数数。Kp和和Td都都是是可调的参数可调的参数。第6章 控制系统的设计和校正讨论：讨论：nPD控控制制器器中中的的微微分分控

29、控制制规规律律，能能反反应应输输入入信信号号的的变变化化趋趋势势，产产生生有有效效的的早早期期修修正正信信号号。n增加系统的阻尼程度，改善系统的稳定性增加系统的阻尼程度，改善系统的稳定性。n增增加加一一个个1/Td的的开开环环零零点点，使使系系统统的的相相角角裕量增加裕量增加，有助于系统动态性能的改善。，有助于系统动态性能的改善。第6章 控制系统的设计和校正n例例6-1 设设比比例例微微分分控控制制系系统统如如图图所所示示，试试分析分析PD控制器对系统性能的影响。控制器对系统性能的影响。比例微分控制系统比例微分控制系统第6章 控制系统的设计和校正n解 无PD控制器时，系统的特征方程为 显然，系

30、统的阻尼比等于零，系统处于临界稳定状态，即实际上的不稳定状态。接入PD控制器后，系统的特征方程为 其阻尼比 因此闭环系统是稳定的。第6章 控制系统的设计和校正讨论：讨论：n因因为为微微分分控控制制作作用用只只对对动动态态过过程程起起作作用用，而而对对常常值值稳态过程没有影响，且稳态过程没有影响，且对系统噪声非常敏感对系统噪声非常敏感。n单单一一的的微微分分控控制制器器在在任任何何情情况况下下都都不不宜宜与与被被控控对对象象串联起来单独使用。串联起来单独使用。n通通常常，微微分分控控制制规规律律总总是是与与比比例例控控制制规规律律或或比比例例积积分分控控制制规规律律结结合合起起来来，构构成成组组

31、合合的的PDPD或或PIDPID控控制制器器，应用于实际的控制系统。，应用于实际的控制系统。第6章 控制系统的设计和校正6.2.3 6.2.3 积分（积分（I I）控制作用）控制作用积分控制的传递函数积分控制的传递函数PI控制器的传递函数为控制器的传递函数为第6章 控制系统的设计和校正积分积分(I)控制规律控制规律 n具有积分控制规律的控制器，称为积分具有积分控制规律的控制器，称为积分(I)控制器。控制器。其其中中Ki为为可可调调比比例例系系数数。由由于于积积分分控控制制器器的的积积分分作作用用，当当输输入入信信号号消消失失后后，输输出出信信号号有有可可能能是是一一个个不不为零的常量为零的常量

32、。第6章 控制系统的设计和校正讨论：讨论：1.1.在在串串联联校校正正时时，采采用用积积分分控控制制器器可可以以提提高高系系统统的的型型别别（无差度），有利于系统（无差度），有利于系统稳态性能的提高稳态性能的提高，2.2.积积分分控控制制使使系系统统增增加加了了一一个个位位于于原原点点的的开开环环极极点点，使信号使信号产生产生9090的相角滞后的相角滞后，对系统的，对系统的稳定性不利稳定性不利。3.3.因因此此，在在控控制制系系统统的的校校正正设设计计中中，通通常常不不宜宜采采用用单单一的积分控制器。一的积分控制器。第6章 控制系统的设计和校正比例比例积分积分(PI)控制规律控制规律n具具有有

33、比比例例积积分分控控制制规规律律的的控控制制器器，称称为为比比例例积分积分(PI)控制器。控制器。其中其中Kp为可调比例系数，为可调比例系数，Ti为可调积分时间常数。为可调积分时间常数。第6章 控制系统的设计和校正讨论：讨论：nPI控控制制器器相相当当于于在在系系统统中中增增加加一一个个位位于于原原点点的的开开环环极极点点，同同时时也也增增加加了了一一个个位位于于s左左半半平平面的开环零点。面的开环零点。n增增加加的的极极点点可可以以提提高高系系统统的的型型別別数数，消消除除或或减小系统稳态误差，改善系统稳态性能；减小系统稳态误差，改善系统稳态性能；n在在实实际际控控制制系系统统中中，PI控控

34、制制器器主主要要用用来来改改善善系统稳态性能系统稳态性能。第6章 控制系统的设计和校正n例6-2 设比例积分控制系统如图所示，试分析PI控制器对系统稳态性能的改善作用。比例积分控制系统第6章 控制系统的设计和校正n解 接入PI控制器后，系统的开环传递函数为 可见，系统由原来的型系统提高到型系统。采用PI控制器后，系统的特征方程为 由劳斯判据 可知，调整PI控制器的积分时间常数Ti，使之大于原有部分的时间常数T，可以保证闭环系统的稳定性。第6章 控制系统的设计和校正6.2.4 6.2.4 比例积分微分比例积分微分(PID)(PID)控制作用控制作用 PID控制器是比例、积分、微分三种控制作用控制

35、器是比例、积分、微分三种控制作用的叠加，又称为比例的叠加，又称为比例-微分微分-积分校正，其传递函数积分校正，其传递函数可表示为可表示为可改写为：可改写为：第6章 控制系统的设计和校正式中，式中，称为称为PID控制器的控制器的微微分时间；分时间；称为称为PID控制器的控制器的积积分时间。分时间。实际工业中实际工业中PID控制器的传递函数为控制器的传递函数为第6章 控制系统的设计和校正比例积分微分比例积分微分(PID)控制规律控制规律n具具有有比比例例积积分分微微分分控控制制规规律律的的控控制制器器，称称为为比比例积分微分例积分微分(PID)控制器。控制器。第6章 控制系统的设计和校正n若4Td

36、/Ti 1，则n式中 第6章 控制系统的设计和校正讨论：讨论：n利利用用PID控控制制器器进进行行串串联联校校正正时时，除除可可使使系系统统的的型型別提高一级別提高一级外，还将提供外，还将提供两个负实零点两个负实零点。n与与PI控控制制器器相相比比，PID控控制制器器除除了了同同样样具具有有提提高高系系统统的的稳稳态态性性能能的的优优点点外外，还还多多提提供供一一个个负负实实零零点点，从从而而在在提提高高系系统统的的动动态态性性能能方方面面，具具有有更更大大的的优优越越性。性。n因因此此，在在工工业业过过程程控控制制系系统统中中，广广泛泛使使用用PID控控制制器器。PID控控制制器器各各部部分分参参数数的的选选择择，将将在在现现场场调调试试时最后确定。时最后确定。第6章 控制系统的设计和校正