第二章-PID调节-比例积分微分控制及其调节过程-过程控制-教学课件.ppt

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1、第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程第二章第二章 比例积分微分控制及其调节过程比例积分微分控制及其调节过程2-1 基本概念基本概念2-2比例调节比例调节2-3积分调节积分调节2-4 比例积分调节比例积分调节2-5比例积分微分调节比例积分微分调节第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程2-1 基本概念基本概念控制器控制器PID广义被控对象广义被控对象给定值给定值r r被调量被调量y yeu统计表明生产过程统计表明生产过程80%的控制可以用的控制可以用PID控制器构成单回

2、路控制器构成单回路反馈控制系统进行控制（简单控制系统）。反馈控制系统进行控制（简单控制系统）。PID控制是比例积分微分控制的简称。控制是比例积分微分控制的简称。是一种负反馈控制。是一种负反馈控制。即控制器与广义被控对象构成的系统为闭环负反馈系统。其作用即控制器与广义被控对象构成的系统为闭环负反馈系统。其作用是对输入偏差进行调节，从而缓解系统的不平衡，使系统输出稳是对输入偏差进行调节，从而缓解系统的不平衡，使系统输出稳定。定。控制器包括求偏差和控制器包括求偏差和PID运算运算第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程1典型的典型的传递传

3、递函数函数为为：实际实际PID理想理想PID其中：其中：KC：比例系数：比例系数TI I：积分时间：积分时间TD D：微分时间：微分时间KD D：微分增益：微分增益可可调调参参数数第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程2PID调节的优点调节的优点原理简单原理简单（适用和实现方便）（适用和实现方便）适应性强适应性强（应用面宽）（应用面宽）鲁棒性强鲁棒性强（对过程变化不敏感）（对过程变化不敏感）3调节器偏差的定义调节器偏差的定义按仪表制造业的规定：按仪表制造业的规定：调节器偏差调节器偏差=测量值测量值-给定值，即给定值，即控制系统偏差

4、的定义：控制系统偏差的定义：第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程5正反作用的判断方法正反作用的判断方法(六边形法六边形法):e（r-y）e(y-r)(y-r)PIDr ry yeu-y对象对象K为负，控制器作用应使为负，控制器作用应使u正作用正作用例：过热蒸汽温度控制系统例：过热蒸汽温度控制系统第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程2-2比例调节比例调节1.比例调节

5、规律（比例调节规律（P）KC为比例增益，为比例带为比例增益，为比例带。的物理意义：使调节阀开度改变的物理意义：使调节阀开度改变100%（即从全关到全开）所需要的被调量的变（即从全关到全开）所需要的被调量的变化范围。化范围。u0是偏差是偏差e=0时，的调节器输出初始值。时，的调节器输出初始值。*比例作用的线性关系只在一定范围其作用比例作用的线性关系只在一定范围其作用第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程2.调节过程：调节过程：Kc给定值给定值r r被调量被调量y yeu-第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制

6、及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程1001000 0o oQ Q0 0Q Q1 11 10 0设定限值时，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积分分离法e设定限值时，改用纯设定限值时，改用纯P调节调节结果：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除偏差遇限削弱积分法遇限削弱积分法uPI设定限值时，只累加负偏差，反之亦然设定限值时，只累加负偏

7、差，反之亦然结果：可避免控制量长时间停留在饱和区结果：可避免控制量长时间停留在饱和区抗积分饱和的措施抗积分饱和的措施第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程2-5比例积分微分调节比例积分微分调节1.微分调节（微分调节（D D）1euKD0.632KDTD/KD微分调节是仅根据偏差的变化速度来产生控制信号，偏微分调节是仅根据偏差的变化速度来产生控制信号，偏差不变则没有控制输出。因此微分调节不单独使用差不变则没有控制输出。因此微分调节不单独使用第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其

8、调节过程第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程3.比例微分调节特点比例微分调节特点相同衰减率下相同衰减率下TD微分调节作用增强；微分调节作用增强；有差调节，稳态误差与比例调节；有差调节，稳态误差与比例调节；超前调节，适当的微分可以减小超调量，也能减少振荡倾向一样。超前调节，适当的微分可以减小超调量，也能减少振荡倾向一样。第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程4.比例积

9、分微分调节（比例积分微分调节（PIDPID）第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程I调节调节PI调节调节P调节调节PD调节调节PID调节调节相同衰减率下，各调节规律比较相同衰减率下，各调节规律比较PID的调节效果最好（从超调量、过度过程时间、稳态误差），的调节效果最好（从超调量、过度过程时间、稳态误差），PI其次，其次，PD次之（有差），次之（有差），P再次之，再次之，I调节最差调节最差第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章

10、 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程虽然虽然PID的调节效果最好，并不意味着所有的系统都是合理的，的调节效果最好，并不意味着所有的系统都是合理的，因为它有三个参数要整定，如果整定不合适，则可能导致系统因为它有三个参数要整定，如果整定不合适，则可能导致系统不稳定，适得其反。使用何种调节规律一般可按：不稳定，适得其反。使用何种调节规律一般可按：先比例先比例 ，再积分，然后才把微分加，再积分，然后才把微分加*对象时间常数大或迟延时间长，应引入对象时间常数大或迟延时间长，应引入D作用，若系统允许有残作用，若系统允许有残差，则可选差，则可选PD调节；系统要求无差，则选调节；系统要求

11、无差，则选PID规律。规律。*对象的时间常数较小，受扰动影响不大，系统要求无差，则使用对象的时间常数较小，受扰动影响不大，系统要求无差，则使用PI调节。（如锅炉水位控制等）调节。（如锅炉水位控制等）*对象的时间常数较小，受扰动影响不大，系统不要求无差，则使对象的时间常数较小，受扰动影响不大，系统不要求无差，则使用用P调节。（如锅炉高加水位控制等）调节。（如锅炉高加水位控制等）第一篇第一篇 简单控制简单控制 第二章第二章 比例积分为分控制及其调节过程比例积分为分控制及其调节过程*对象时间常数或迟延时间很长，受扰动影响也很大，简单控制对象时间常数或迟延时间很长，受扰动影响也很大，简单控制系统已不能满足要求，应设计复杂控制系统。（如汽温控制系统）系统已不能满足要求，应设计复杂控制系统。（如汽温控制系统）若广义对象的传递函数可近视表示为典型的自衡过程若广义对象的传递函数可近视表示为典型的自衡过程则：则：，选择选择P或或PI调节调节，选择选择PD或或PID调节调节，用复，用复杂杂控制。控制。