第5章_数字调节器1(精品).ppt

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1、1第第5章章 数字调节器数字调节器 本章主要内容：本章主要内容：概述概述 模拟量输入模拟量输入/输出通道输出通道 数字式数字式PID调节器调节器 PID参数自整定调节器参数自整定调节器21、数字调节器的硬件构成：、数字调节器的硬件构成：5.1 概述概述32、数字调节器的软件构成：、数字调节器的软件构成：数字调节器的全部工作都是在硬件环境下，由微处理器数字调节器的全部工作都是在硬件环境下，由微处理器执行程序完成。数字调节器的软件包括监控管理程序和应用执行程序完成。数字调节器的软件包括监控管理程序和应用程序两大部分。程序两大部分。45.2 模拟量输入模拟量输入/输出通道输出通道 一一.模拟量输入通

2、道模拟量输入通道 1、分类：、分类：从接受电信号的电平分：高电平和低电平输入通道；从接受电信号的电平分：高电平和低电平输入通道；从抗干扰性能角度分：非隔离型和隔离型高抗干扰输入从抗干扰性能角度分：非隔离型和隔离型高抗干扰输入通道；通道；从结构上可按共用一个放大器或从结构上可按共用一个放大器或A/D转换器及不共用多转换器及不共用多种组合。种组合。5（1）共用一个采样）共用一个采样/保持器（保持器（S/H）和）和A/D转换器的高电平转换器的高电平模拟量输入通道（如下图所示）。模拟量输入通道（如下图所示）。6（2）各通道分用采样保持器，共用）各通道分用采样保持器，共用 A/D转换器的模拟量转换器的模

3、拟量输入通道（如下图所示）输入通道（如下图所示）7（3）低电平模拟量输入通道）低电平模拟量输入通道（4）高抗干扰模入通道）高抗干扰模入通道:输入通道的干扰从形式上可分为输入通道的干扰从形式上可分为串模干扰和共模干扰两种类型。串模干扰和共模干扰两种类型。89二、模拟量输出通道二、模拟量输出通道 在数字调节器中，运算处理后得到的控制信号仍是数字在数字调节器中，运算处理后得到的控制信号仍是数字量，需经模拟量输出通道变换为能直接驱动执行器的信号。量，需经模拟量输出通道变换为能直接驱动执行器的信号。进行闭环连续控制的执行器大致有以下几类：进行闭环连续控制的执行器大致有以下几类：1）由伺服马达驱动的电动执

4、行器。）由伺服马达驱动的电动执行器。2）由电气转换器驱动的气动执行器。）由电气转换器驱动的气动执行器。3）由步进电动机驱动的电动执行器。）由步进电动机驱动的电动执行器。4）控制电加热系统的晶闸管。）控制电加热系统的晶闸管。输出通道根据所用输出通道根据所用D/A转换器的情况可有两种形式。转换器的情况可有两种形式。10多个输出通道共用一个多个输出通道共用一个D/A转换器，其结构示意图如下转换器，其结构示意图如下图所示。图所示。11每个通道各用一个每个通道各用一个 D/A转换器，其结构如下图转换器，其结构如下图 所示。所示。12一、数字式调节器控制规律的实现一、数字式调节器控制规律的实现 5.3 数

5、字式数字式PIDPID调节器调节器 DDZ调节器是模拟式调节器，它利用电子电路进调节器是模拟式调节器，它利用电子电路进行连续的行连续的PID运算。运算。数字式调节器以微计算机为核心进行有关控制规律数字式调节器以微计算机为核心进行有关控制规律的运算，所有控制规律的运算都是周期性的进行，即数字的运算，所有控制规律的运算都是周期性的进行，即数字式调节器是离散系统。因此，用于连续系统的式调节器是离散系统。因此，用于连续系统的PID控制规控制规律必须进行离散化后方可应用于数字式调节器。律必须进行离散化后方可应用于数字式调节器。控制算法：完全微分控制算法：完全微分PID算法算法(理想理想PID算法算法)不

6、完全微分不完全微分PID算法算法(实际实际PID算法算法)实现形式：位置型、增量型、速度型和偏差型实现形式：位置型、增量型、速度型和偏差型 13二、数字调节器的设计方法二、数字调节器的设计方法 数字调节器控制算法的设计有模拟化设计方法和数字化数字调节器控制算法的设计有模拟化设计方法和数字化设计方法两种。设计方法两种。数字调节器的模拟化设计方法是基于将数字控制系统看数字调节器的模拟化设计方法是基于将数字控制系统看一个连续系统，如下图所示。一个连续系统，如下图所示。14 直接数字化设计是设计数字调节器的另一种方法，它直接数字化设计是设计数字调节器的另一种方法，它是将计算机控制系统看成一个离散系统，

7、如下图所示。它是将计算机控制系统看成一个离散系统，如下图所示。它实际上是通过零阶保持器和采样器将连续对象离散化了。实际上是通过零阶保持器和采样器将连续对象离散化了。利用离散系统理论，可以根据系统性能指标要求直接求出利用离散系统理论，可以根据系统性能指标要求直接求出数字控制器的离散算法数字控制器的离散算法D（Z）。）。15三、三、PID控制算式控制算式（一）（一）PID控制算式的基本形式控制算式的基本形式 数字调节中的数字调节中的PID控制算式是将控制算式是将PID的模拟表达式进行的模拟表达式进行离散化而得到的。离散化而得到的。PID的模拟表达式为的模拟表达式为式中式中 p调节器的输出信号；调节

8、器的输出信号；e调节器的偏差输入信号，是测量值调节器的偏差输入信号，是测量值m与给定值与给定值r之差，之差，e=r-m；KP、TI、TD分别为调节器的比例系数、再调时间分别为调节器的比例系数、再调时间（也称积分时间）、预调时间（也称微分时间）。（也称积分时间）、预调时间（也称微分时间）。16 因为采样周期因为采样周期Ts相对于信号变化周期是很小的，这相对于信号变化周期是很小的，这样可用矩形法计算积分，用向后差分代替微分，则上式样可用矩形法计算积分，用向后差分代替微分，则上式变成离散变成离散PID算式为算式为式中式中t=Ts采样周期；采样周期；pn第第n次采样时调节器的输出；次采样时调节器的输出

9、；en第第n次采样的偏差值次采样的偏差值en=r-mn；n采样序号。采样序号。17 上式为位置式算式，其计算出的输出量与执行机构（阀上式为位置式算式，其计算出的输出量与执行机构（阀门）的位置相对应。门）的位置相对应。由上式同样可列出第（由上式同样可列出第（nl）次采样的输出表达式）次采样的输出表达式 由上面两式相减，可得由上面两式相减，可得PID调节器输出增量的表达式调节器输出增量的表达式式中式中KIPID控制算式的积分系数控制算式的积分系数KIKPTS/TI；KDPID控制算式的微分系数控制算式的微分系数KD=KPTD/TS。18 上式运算结果上式运算结果p表示了执行机构（阀门）位置应改变的

10、表示了执行机构（阀门）位置应改变的增量，为增量式算式。增量，为增量式算式。位置式和增量式两种控制算式在本质上并无多少区别，只位置式和增量式两种控制算式在本质上并无多少区别，只不过在用位置式算式时，不过在用位置式算式时，pn=pi的任务由软件完成，而在用的任务由软件完成，而在用增量式控制算式时，则需由硬件中的输出通道来完成。采用增量式控制算式时，则需由硬件中的输出通道来完成。采用位置式和增量式算式时，数字控制系统示意图如下图所示。位置式和增量式算式时，数字控制系统示意图如下图所示。19 由上述可见，两种算式在本质上是一样的，但增量式由上述可见，两种算式在本质上是一样的，但增量式算式却有一些优点，

11、使它的应用更广泛。这些优点主要有：算式却有一些优点，使它的应用更广泛。这些优点主要有：1）计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，）计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，误动作时影响小。必要时通过逻辑判断进行保护，不会严误动作时影响小。必要时通过逻辑判断进行保护，不会严重影响系统状态。重影响系统状态。2）易于实现手动一自动的无扰切换。）易于实现手动一自动的无扰切换。20增量式输出增量式输出PID控制系统手动控制系统手动自动切换示意图自动切换示意图21增量运算、位置输出增量运算、位置输出PID控制系统原理示意图控制系统原理示意图22（二）（二）PID控制算式的变型控制算式的变型

12、 为了改善控制质量，针对不同对象，为了改善控制质量，针对不同对象，PID控制中引入了控制中引入了许多新内容，我们仅举以下几个例子。许多新内容，我们仅举以下几个例子。（1）完全微分）完全微分PID算法算法位置型：位置型：增量型：增量型：速度型：速度型：偏差型：偏差型：23（2）不完全微分不完全微分PID算法算法 完全微分完全微分PID算法的缺点：算法的缺点：微分作用过于灵敏，微分作用持续时间短，容易引起控制微分作用过于灵敏，微分作用持续时间短，容易引起控制系统振荡，降低控制品质；系统振荡，降低控制品质；阀门开度时间与调节器的输出信号时间不相对应阀门开度时间与调节器的输出信号时间不相对应。不完全微

13、分不完全微分PID调节器：在完成微分调节器：在完成微分PID的输出端串联一阶惯性环节，如的输出端串联一阶惯性环节，如下图所示。下图所示。不完全微分PID调节器组成原理框图 24 不完全微分不完全微分PID算法的输出在较长时间内仍有微分作用，可获得较算法的输出在较长时间内仍有微分作用，可获得较好的控制效果，在数字式调节器广泛应用。好的控制效果，在数字式调节器广泛应用。不完全微分不完全微分PID位置型算法：位置型算法：不完全微分不完全微分PID增量型算法：增量型算法：25（3）抗积分饱和算法抗积分饱和算法 数字数字调节调节器最器最简单简单的抗的抗积积分分饱饱和方法是和方法是积积分分离法分分离法，其

14、基本原理，其基本原理是，在偏差是，在偏差 较较小时加入积分作用；而小时加入积分作用；而 较大时取消积分作用。这样较大时取消积分作用。这样便减轻积分累计的饱和程度，以达到抗积分饱和的目的。便减轻积分累计的饱和程度，以达到抗积分饱和的目的。对于理想对于理想PID算法的增量形式：算法的增量形式：首先判断偏差首先判断偏差 的绝对值的绝对值 是否趋于预先设定的偏差限定值是否趋于预先设定的偏差限定值A，然后确定是否投入然后确定是否投入积积分作用，即：分作用，即：26（4）微分先行）微分先行PID控制控制 微分先行微分先行PID的结构图如下。的结构图如下。PD与与PI串联，只对测量量串联，只对测量量M进行微

15、分，而不是对偏差进行微分，而不是对偏差进行微分，这样在给定值进行微分，这样在给定值R变化时，不会产生输出的大幅度变化时，不会产生输出的大幅度变化，即可避免给定值扰动，这种算式适用于给定值变化，即可避免给定值扰动，这种算式适用于给定值R经常经常变化的情况。变化的情况。27（5）积分分离）积分分离 PID控制控制 积分分离的积分分离的PID算法为算法为 式中式中 当当eiA时，时，K1=1 当当eiA时，时，K1=0。显然当显然当eiA时，积分不起作用，只有当偏差时，积分不起作用，只有当偏差eiA时，积时，积分才引入。在积分分离分才引入。在积分分离PID算法中，也可用增量式算式。算法中，也可用增量

16、式算式。（6）带有死区的）带有死区的PID控制控制 带有死区的带有死区的PID算式为算式为:当当 en B时，时，pn=0 当当 en B时，时，pn=pn 当偏差绝对值当偏差绝对值 en B时，本次不进行计算和输出，即本时，本次不进行计算和输出，即本次输出次输出 pn=0；当偏差绝对值；当偏差绝对值 en B时，进行时，进行PID运算，运算，计算结果计算结果pn作为本次输出。作为本次输出。28对于数字式完全微分对于数字式完全微分PID算法的增量算法：算法的增量算法：式中，式中，为逻辑为逻辑系数系数（7）数字式非线性控制数字式非线性控制29四、四、PID控制程序控制程序 PID数字调节器是利用

17、微计算机的程序实现输入信号的数字调节器是利用微计算机的程序实现输入信号的采集、采集、PID控制算式运算、控制量输出以及其它运算或判断控制算式运算、控制量输出以及其它运算或判断功能的。功能的。PID数字调节器的主要应用程序就是数字调节器的主要应用程序就是PID控制程序。控制程序。PID控制程序是一个按照控制程序是一个按照PID控制算式进行运算的程序，控制算式进行运算的程序，因此可用定点运算，也可用浮点运算。因此可用定点运算，也可用浮点运算。1定点运算的定点运算的PID程序程序 定点运算比较快，但由于其表示数的范围比较小，因定点运算比较快，但由于其表示数的范围比较小，因此编程前需对算式进行一些处理

18、，既使每一步运算都不会此编程前需对算式进行一些处理，既使每一步运算都不会产生溢出，同时运算所得最后结果数值正确。产生溢出，同时运算所得最后结果数值正确。PID控制程序控制程序流程如下图所示。流程如下图所示。3031编程中几个要注意的问题：编程中几个要注意的问题：（1）关于运算数字的表示）关于运算数字的表示 为了提高运算精度，在程为了提高运算精度，在程序中采用两字节（序中采用两字节（16位二进制数）运算。一般输入通道的位二进制数）运算。一般输入通道的ADC可选可选8位、位、10位或位或12位，相应地输入信号为位，相应地输入信号为8位、位、10位位或或12位数字量，将所得数字量化为位数字量，将所得

19、数字量化为16位字长的百分量，可位字长的百分量，可以提高运算精度。以提高运算精度。由于采用双字节运算，因此输入、输出参数范围和由于采用双字节运算，因此输入、输出参数范围和PID参数范围及它们在机器中的表示法如参数范围及它们在机器中的表示法如P95 表表 52中所示。中所示。PID运算结果为百分量，为了将输出控制量经运算结果为百分量，为了将输出控制量经 DAC输出，输出，需将百分量化为与需将百分量化为与 DAC位数相应的数字量。位数相应的数字量。32（2）关于积分精度）关于积分精度 在数字调节器中引入积分作用同样是在数字调节器中引入积分作用同样是为了消除系统的静差，但由于采用有限字长运算，当积分

20、作为了消除系统的静差，但由于采用有限字长运算，当积分作用的输出小于机器字长所能表示的范围时，就被视为机器零用的输出小于机器字长所能表示的范围时，就被视为机器零而将数丢掉。这样积分就不能再进行，使偏差而将数丢掉。这样积分就不能再进行，使偏差en始终存在。始终存在。为了减小系统静差，可以采用以下方法：为了减小系统静差，可以采用以下方法：l）增加积分）增加积分运算的字长。运算的字长。2）先累加偏差，后进行乘除运算。）先累加偏差，后进行乘除运算。（3）关于调节器的正、反作用）关于调节器的正、反作用 作为一个通用的数字调节器，作为一个通用的数字调节器，与模拟调节器一样也必须设置正反作用切换功能。与模拟调

21、节器一样也必须设置正反作用切换功能。根据用户需要，对根据用户需要，对“正反作用状态字正反作用状态字”置数，当要求调置数，当要求调节器为正作用时，将其置为节器为正作用时，将其置为00H；要求为反作用时，则置为；要求为反作用时，则置为01H。在执行。在执行PI运算子程序时，调节器根据此状态字自动对运算子程序时，调节器根据此状态字自动对pn进行不同的处理，即正作用时直接加进行不同的处理，即正作用时直接加pn；反作用时；反作用时pn变补后再与变补后再与pn-1相加。相加。33（4）输出限幅和抗积分饱和）输出限幅和抗积分饱和342浮点运算的浮点运算的PID程序程序 整个整个 PID程序流程图也如前图所示

22、，只是程序流程图也如前图所示，只是pn的编程公的编程公式不同。由于浮点数可表示很大的数值范围，因此在编程时式不同。由于浮点数可表示很大的数值范围，因此在编程时一般不用考虑溢出问题。将一般不用考虑溢出问题。将KP、KI、KD、en-2、en-1及及en都都用浮点数表示后，即可直接按下式所示用浮点数表示后，即可直接按下式所示PID算式编程。算式编程。pn=pn-1+KP(en-en-1)+KIen+KD(en-2en-1+en-2)程序中多次调用浮点数加、减、乘运算子程序，得到以程序中多次调用浮点数加、减、乘运算子程序，得到以浮点数表示的百分量输出浮点数表示的百分量输出pn。在输出程序中需进行以下

23、运算。在输出程序中需进行以下运算（以（以8位位DAC为例）：为例）：输出数字量输出数字量 pn FFH 上式中上式中FFH应化为浮点数，计算出的输出数字量也为应化为浮点数，计算出的输出数字量也为浮点数，需通过浮点浮点数，需通过浮点定点转换程序变为定点数后输出，送定点转换程序变为定点数后输出，送给给D/A转换器变换为模拟控制信号。转换器变换为模拟控制信号。355.4 PID参数自整定调节器参数自整定调节器 PID参数自整定是对于一个正在运行的控制系统，特别是参数自整定是对于一个正在运行的控制系统，特别是定值改变的控制系统自动整定控制回路中的定值改变的控制系统自动整定控制回路中的PID参数。参数。

24、PID参数自整定的方法有多种，大致可分为两大类。参数自整定的方法有多种，大致可分为两大类。1.波形识别法波形识别法 这类方法有两种类型：一种是在系统中加入具有继电特性这类方法有两种类型：一种是在系统中加入具有继电特性性的非线性环节，使系统产生自激等幅振荡，通过测取振荡波性的非线性环节，使系统产生自激等幅振荡，通过测取振荡波的振幅和周期，求取系统的临界振荡参数，再利用的振幅和周期，求取系统的临界振荡参数，再利用Ziegler-Nichols规则对规则对PID参数进行整定。另一种是根据过程输出曲线参数进行整定。另一种是根据过程输出曲线形状判别来整定形状判别来整定PID参数。参数。36 37 2以对

25、象数学模型辨识为基础的自整定方法以对象数学模型辨识为基础的自整定方法 对象数学模型的辨识方法有施加扰动和不施加扰动两类。对象数学模型的辨识方法有施加扰动和不施加扰动两类。38 PID参数自整定的方法很多，我们这里仅介绍三种目前用参数自整定的方法很多，我们这里仅介绍三种目前用得较多的方法。得较多的方法。一、改进型临界比例度法（继电限幅自整定法）一、改进型临界比例度法（继电限幅自整定法）这是波形识别法中的一种参数自整定方法。用改进型临界这是波形识别法中的一种参数自整定方法。用改进型临界比例度法的比例度法的PID参数自整定控制系统结构示意图如下图所示。参数自整定控制系统结构示意图如下图所示。图中图中

26、 G（j）为控制对象，）为控制对象，N为具有继电特性的非线性环为具有继电特性的非线性环节。当系统处于自整定状态时，开关节。当系统处于自整定状态时，开关S置于位置置于位置2，S置于位置置于位置1时为系统正常工作状态，进行时为系统正常工作状态，进行PID控制。控制。39 改进型临界比例度法整定改进型临界比例度法整定PID参数的运行步骤：参数的运行步骤：1）使系统工作在有继电特性的非线性系统状态，产生自）使系统工作在有继电特性的非线性系统状态，产生自激振荡，求出临界比例系数激振荡，求出临界比例系数KCP及临界振荡周期及临界振荡周期TCP。2）按）按ZieglerNichols规则计算出规则计算出PI

27、D参数参数KP、TI、TD的的值。值。改进型临界比例度自整定方法的特点是原理简单、整定改进型临界比例度自整定方法的特点是原理简单、整定速度快，但为求取速度快，但为求取KCP及及TCP系统要产生等幅振荡，因此不宜系统要产生等幅振荡，因此不宜多次使用。它适用于回路参数的初始整定，特别是系统开工多次使用。它适用于回路参数的初始整定，特别是系统开工时大量的回路整定。将用改进型临界比例度自整定方法求出时大量的回路整定。将用改进型临界比例度自整定方法求出的的PID参数作为初值，在实时运行中再应用其它方法对参数参数作为初值，在实时运行中再应用其它方法对参数进行修正。实时修正参数可用迭代法或专家法。进行修正。

28、实时修正参数可用迭代法或专家法。40二迭代自整定控制算法二迭代自整定控制算法 在闭环控制系统中，假设调节器经初步整定的初始参在闭环控制系统中，假设调节器经初步整定的初始参数，通过推导出数，通过推导出PID参数参数KP、TI、TD的迭代整定算式求出修的迭代整定算式求出修正参数。正参数。前述改进型临界比例度整定算式可用于确定初始整定前述改进型临界比例度整定算式可用于确定初始整定参数，而迭代算式适用于在已有较好整定参数的基础上进行参数，而迭代算式适用于在已有较好整定参数的基础上进行修正，逐渐趋近最佳参数。因此，可将两种方法结合起来进修正，逐渐趋近最佳参数。因此，可将两种方法结合起来进行行PID参数自

29、整定。参数自整定。三、专家法三、专家法PID参数自整定参数自整定 用专家法自整定用专家法自整定PID参数的调节器称为专家自整定调节参数的调节器称为专家自整定调节器。这种器。这种PID参数自整定的过程实际上是模拟操作人员整定参数自整定的过程实际上是模拟操作人员整定PID参数的判断和决策过程。专家参数的判断和决策过程。专家PID调节器是在一般调节调节器是在一般调节器结构的基础上，增加了由知识库和推理机构组成的参数自器结构的基础上，增加了由知识库和推理机构组成的参数自整定专家系统，其构成框图如下图所示。整定专家系统，其构成框图如下图所示。4142l知识库知识库 知识库是将控制工程师整定系统的知识和经

30、验进行整理知识库是将控制工程师整定系统的知识和经验进行整理归纳后，以一定表示法存入计算机中。参数自整定专家系统归纳后，以一定表示法存入计算机中。参数自整定专家系统的知识库主要包括以下几方面的内容：过程响应曲线类型、的知识库主要包括以下几方面的内容：过程响应曲线类型、控制目标类型及整定规则。下面分别加以说明。控制目标类型及整定规则。下面分别加以说明。（1）过程响应曲线类型）过程响应曲线类型 由于实际控制系统多种多样，由于实际控制系统多种多样，因此系统响应曲线也可能是各种各样的，在构成知识库时尽因此系统响应曲线也可能是各种各样的，在构成知识库时尽量考虑周全又不能过于繁杂。根据给定值变化和负荷变化两

31、量考虑周全又不能过于繁杂。根据给定值变化和负荷变化两种情况，将系统输出响应曲线分为给定值变化时和负荷扰动种情况，将系统输出响应曲线分为给定值变化时和负荷扰动下的输出响应曲线如下图所示。下的输出响应曲线如下图所示。43 图中所示波形仅是按照响应曲线峰值个数分类，而对于每一类波形，图中所示波形仅是按照响应曲线峰值个数分类，而对于每一类波形，由于其超调量、衰减比及振荡周期的不同，又可分为多种子类型。由于调节由于其超调量、衰减比及振荡周期的不同，又可分为多种子类型。由于调节器整定参数时，是将实际观测的曲线与知识库中的曲线进行对照，按照最佳器整定参数时，是将实际观测的曲线与知识库中的曲线进行对照，按照最

32、佳条件进行整定。因此，知识库中存入的响应曲线类型完善与否，对参数整定条件进行整定。因此，知识库中存入的响应曲线类型完善与否，对参数整定是否理想至关重要。一般需存几十种类型的曲线。是否理想至关重要。一般需存几十种类型的曲线。44（2）控制目标）控制目标 下表列出几种控制目标类型。下表列出几种控制目标类型。45（3）整定规则）整定规则 PID参数的整定规则都是经验性的，它是参数的整定规则都是经验性的，它是建立于控制工程师经验的基础上的，下面仅举出几条整定规建立于控制工程师经验的基础上的，下面仅举出几条整定规则作为例子。则作为例子。对给定值变化和干扰引起的输出响应采取不同的整定规对给定值变化和干扰引

33、起的输出响应采取不同的整定规则。则。在在P、I、D三个作用中，三个作用中，P是最基本的控制作用。当输出是最基本的控制作用。当输出响应的超调量过大及衰减比过小时，减小响应的超调量过大及衰减比过小时，减小KP。若最大偏差大，。若最大偏差大，且趋于非周期过程时，增加且趋于非周期过程时，增加KP。一般取一般取TI等于二分之一系统振荡周期，取等于二分之一系统振荡周期，取TD=(1/31/4)TI。输出响应曲线偏离给定值后长期回不来，减小输出响应曲线偏离给定值后长期回不来，减小TI。若波。若波动较大则增大动较大则增大TI。由于由于KP 过小和过小和TI过大都将引起系统输出响应迟缓，难以过大都将引起系统输出

34、响应迟缓，难以稳定。但是两者情况有区别，前者表现为曲线飘动较大，变稳定。但是两者情况有区别，前者表现为曲线飘动较大，变化无规则，后者则会逐渐接近给定值，据此可以判断需增大化无规则，后者则会逐渐接近给定值，据此可以判断需增大KP或减小或减小TI。462推理机构推理机构 在参数自整定系统中。推理机构的作用是判断系统输出响在参数自整定系统中。推理机构的作用是判断系统输出响应的波形，归为知识库中存储波形中的一种，并对其进行品质应的波形，归为知识库中存储波形中的一种，并对其进行品质评价，根据控制目标的要求采取相应措施。因此，输出响应曲评价，根据控制目标的要求采取相应措施。因此，输出响应曲线的测试和识别是

35、十分重要的环节。专家自整定调节器随时观线的测试和识别是十分重要的环节。专家自整定调节器随时观测控制系统输出值及给定值。如有给定值变化、负荷干扰等因测控制系统输出值及给定值。如有给定值变化、负荷干扰等因素影响控制偏差变化，而且超过预先设定的噪声带时，调节器素影响控制偏差变化，而且超过预先设定的噪声带时，调节器即进行参数自整定，否则保持原来的即进行参数自整定，否则保持原来的PID参数值。参数值。专家法自整定前，需进行以下工作：专家法自整定前，需进行以下工作：l）进行）进行PID 参数予整定，确定参数予整定，确定PID参数的粗略值作为初值参数的粗略值作为初值.2）确定噪声带）确定噪声带Nb：由于过程

36、含有噪声，在响应曲线测量时：由于过程含有噪声，在响应曲线测量时应将其剔出，因此需确定一噪声带。在自整定时，采用了偏差应将其剔出，因此需确定一噪声带。在自整定时，采用了偏差超过设定的噪声带两倍时才启动自整定动作的方法来克服噪声超过设定的噪声带两倍时才启动自整定动作的方法来克服噪声和干扰。和干扰。Nb值还可用来判断观测到的峰值是否真实，以排除值还可用来判断观测到的峰值是否真实，以排除噪声、干扰引起的假象。噪声、干扰引起的假象。473）确定容许等待时间）确定容许等待时间TW：自整定调节器需根据控制系统估：自整定调节器需根据控制系统估计的响应时间作为容许等待时间。在专家法自整定中，是在计的响应时间作为

37、容许等待时间。在专家法自整定中，是在容许等待时间内等待下一个峰值的到来。容许等待时间内等待下一个峰值的到来。TW过大，会使曲过大，会使曲线识别时间过长，影响控制效果。线识别时间过长，影响控制效果。TW过短可能会对波形判过短可能会对波形判断失误。在予整定后取断失误。在予整定后取TW(T+)，T为过程时间常数，为过程时间常数，为纯滞后时间。为纯滞后时间。4）确定）确定TD/TI比值：一般取比值：一般取TD/TI=(1/31/4)。5）确定控制周期）确定控制周期TS：TS与控制效果关系密切，与控制效果关系密切，TS过大导致过大导致控制效果变坏甚至失控，但对纯滞后控制效果变坏甚至失控，但对纯滞后 较大的系统，则要求较大的系统，则要求TS取大些，一般取取大些，一般取TS(1/51/6)。48虚拟调节器原理框图 5.4 虚拟调节仪表虚拟调节仪表491.何为差模干扰？何为共模干扰？何为差模干扰？何为共模干扰？2.模拟量输入通道和模拟量输出通道各由哪些部分组模拟量输入通道和模拟量输出通道各由哪些部分组成？每一部分的作用是什么？成？每一部分的作用是什么？3.试举出几种基本算式的改进形式，他们各有试举出几种基本算式的改进形式，他们各有什么特点？什么特点？第第5 5章章 结结 束！束！第第5章章 练练 习习