第四章-PID调节原理优秀PPT.ppt

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1、第四章第四章 PID 调整原理调整原理4.1 概述概述PID(Propotional-Integrate-Differential)比例比例-积分积分-微分。微分。优点：优点：1）原理简洁；）原理简洁；2）适应性强；）适应性强；3）鲁棒性强。）鲁棒性强。1志向志向PID限制器限制器KP-比例系数；比例系数；TI-积分时间常数；积分时间常数；TD-微分时间常数。微分时间常数。着重从着重从PID作用系统产生的影响来分析。作用系统产生的影响来分析。24.2 过程限制系统的动态特性过程限制系统的动态特性1）对象的特性是单调的，不振荡的；）对象的特性是单调的，不振荡的；2）对象的拖延性和大惯性；）对象的

2、拖延性和大惯性；3）对象的纯时间滞后；）对象的纯时间滞后；4）对象的自平衡与非自平衡；）对象的自平衡与非自平衡；5）对象的非线性。）对象的非线性。34.3 比例限制比例限制 (P调整）调整）4.3.1 比例调整和比例带e(t)既是增量，又是实际值，比例限制器的既是增量，又是实际值，比例限制器的传递函数为：传递函数为：41）限制输出与偏差之间在确定范围保持比）限制输出与偏差之间在确定范围保持比例关系。例关系。KP越大，保持比例关系的范围越小越大，保持比例关系的范围越小52）比例度表示限制输出与偏差成线性关系的）比例度表示限制输出与偏差成线性关系的比例限制器输入的范围。因此，比例度又称比比例限制器

3、输入的范围。因此，比例度又称比例带。例带。当当u和和e均无量纲时（接受计算机限制），则均无量纲时（接受计算机限制），则6比例度比例度 的物理含义：的物理含义：u干脆代表调整阀开度干脆代表调整阀开度的变更量，那么的变更量，那么 表示调整阀开度变更表示调整阀开度变更100%，即从全关到全开所需被调量的变更范围。，即从全关到全开所需被调量的变更范围。3）限制器有正作用和反作用之分，即限）限制器有正作用和反作用之分，即限制器的比例值（增益）有正有负。制器的比例值（增益）有正有负。7 当限制器的测量增加时，限制器输出增加，当限制器的测量增加时，限制器输出增加，则限制器为正作用限制器，限制器的增益则限制器

4、为正作用限制器，限制器的增益Kp为负；为负；当限制器的测量增加时，限制器输出减小，当限制器的测量增加时，限制器输出减小，则限制器为反作用限制器，限制器的增益则限制器为反作用限制器，限制器的增益Kp为正；为正；8选择限制器正反作用的目的是保证系统为负反选择限制器正反作用的目的是保证系统为负反馈，即经过调整器作用之后确定是减小偏差。馈，即经过调整器作用之后确定是减小偏差。例：限制水位，若调整阀装在储罐的进水口，当例：限制水位，若调整阀装在储罐的进水口，当水位过高时，应当关小进水阀，调整器的输出变水位过高时，应当关小进水阀，调整器的输出变量随输入变量的增大而减小，应当用反作用。若量随输入变量的增大而

5、减小，应当用反作用。若调整阀装在储罐的出水口，当水位过高时，应当调整阀装在储罐的出水口，当水位过高时，应当把调整阀开大，使它多处水，调整器的输出变量把调整阀开大，使它多处水，调整器的输出变量随输入变量的增大而增大，应当用正作用。随输入变量的增大而增大，应当用正作用。94.3.2比例调整的特点比例调整的特点q比例动作的调整器对干扰有刚好而有力的抑制作用。10假设在初始稳态（平衡工况）条件下，有假设在初始稳态（平衡工况）条件下，有当当 时，在外界扰动影响下，实际各变量时，在外界扰动影响下，实际各变量为：为：q存在静态误差，不能做无静差调整存在静态误差，不能做无静差调整11考虑设定值阶跃扰动，考虑设

6、定值阶跃扰动，在在 下，有式：下，有式：在稳态条件下，即在稳态条件下，即当当 时，设定值阶跃时，设定值阶跃输入导致的稳态偏差为：输入导致的稳态偏差为：以上结果也可干脆从静态比例限制系统结构方框图获得。由上式可以看到，限制器的直流增益越大，限制稳态误差越小。12n比例限制器存在稳态偏差比例限制器存在稳态偏差自平衡自平衡对象对象n比例限制器不存在稳态偏差比例限制器不存在稳态偏差非自非自平衡对象平衡对象13 在初态，进料量等于出料量，限制器在初态，进料量等于出料量，限制器输出为输出为 ，当负荷增大时，实际限，当负荷增大时，实际限制器输出为：制器输出为：增加的限制输出访进料量的增加增加的限制输出访进料

7、量的增加量等于出料量的增加，液位达到量等于出料量的增加，液位达到新的稳态值。此时比例限制是有新的稳态值。此时比例限制是有差限制。差限制。14 4.3.3 比例带对调整过程的影响比例带对调整过程的影响 比例值比例值Kp增大，稳态误差减小，但可增大，稳态误差减小，但可能导致系统震荡加剧，甚至不稳定。能导致系统震荡加剧，甚至不稳定。当对象具有不稳定极点时，系统为条件当对象具有不稳定极点时，系统为条件稳定系统，比例值在确定范围内才是系稳定系统，比例值在确定范围内才是系统稳定。统稳定。比例值的设置，首先保证在稳定的前提比例值的设置，首先保证在稳定的前提下，降低残差。下，降低残差。15164.4 积分调整

8、积分调整(I)4.4.1 积分调整积分调整 积分具有记忆功能积分具有记忆功能17 积分调整器：q只要被调量存在偏差，其输出的调整作用便随时间不断加强，直到偏差为零。q输出将停在新 的位置而不复原位，保持静差为零。对干扰有刚好而有力的抑制作用。q动作迟缓，动态品质变坏，过渡过程时间延长，甚至 造成系统不稳定。1819比例积分（比例积分（PI）调整器）调整器 比例积分调整器的输出与偏差的关系为式：比例积分调整器的输出与偏差的关系为式：其对应的传递函数为式其对应的传递函数为式 20积分作用：消退稳态误差积分作用：消退稳态误差时域上看：只要有偏差，就要积分；时域上看：只要有偏差，就要积分；频域上看：稳

9、态增益为无穷大。频域上看：稳态增益为无穷大。21n比例积分限制器的阶跃响应特性：比例积分限制器的阶跃响应特性：定义：定义：为为“积积分时间常数分时间常数”，其，其含义是：在单位阶含义是：在单位阶跃偏差输入条件下，跃偏差输入条件下，每过一个积分时间每过一个积分时间常数时间，积分项常数时间，积分项产生一个比例作用产生一个比例作用的效果的效果22 PI限制作用的过程和特点：限制作用的过程和特点：1）当偏差出现，比例起粗调，积分起细调，直到）当偏差出现，比例起粗调，积分起细调，直到误差为零。误差为零。2）PI限制作用是比例增益随偏差的时间进程而不限制作用是比例增益随偏差的时间进程而不断调整的比例作用。

10、断调整的比例作用。3）Kp不变时，减小不变时，减小Ti，积分作用增加，衰减比，积分作用增加，衰减比减小，振荡加剧，超调量增大。减小，振荡加剧，超调量增大。4）积分作用除消退系统的余差外，也降低了系统）积分作用除消退系统的余差外，也降低了系统的振荡频率，使响应速度变慢。的振荡频率，使响应速度变慢。23244.4.3 积分饱和及防止积分饱和及防止 只要有偏差，积分限制输出就不会停止。只要有偏差，积分限制输出就不会停止。实际中会使调整器进入深度饱和状态。实际中会使调整器进入深度饱和状态。缘由：偏差积累，调整阀完全打开或关闭缘由：偏差积累，调整阀完全打开或关闭，有输入而无输出。，有输入而无输出。产生的

11、结果：系统的超调量增大，限制品产生的结果：系统的超调量增大，限制品质变差，甚至引起危急（阀门不能刚好关质变差，甚至引起危急（阀门不能刚好关闭）。闭）。加热水温限制系统例加热水温限制系统例2526防止积分饱和的方法：防止积分饱和的方法：1）积分分别法；）积分分别法；小偏差时接受小偏差时接受PI，大偏差时接受，大偏差时接受P。PI-P调整器自动切换调整器自动切换27当开关S断开时，电路为比例积分调整器，假如Ei输入一个负的阶跃信号，则输出电压E0的变更如图中实线所示。而当E0增大到Eh以后，比较放大器Ah的输出访得开关S闭合，此时R1和RI、C1并联，R2与C2并联，若取R1=R2，则电路成为1：

12、1的反相器，这时输出E0减小到与Ei相等的数值，如图虚线所示，则调整器变换为比例调整器,实现了的自动切换。282）积特别反馈法）积特别反馈法29当当Ub(s)=U(s)时，为时，为PI调整；调整；当当Ub(s)=0时，限制器输出与偏差成比时，限制器输出与偏差成比例关系。积分限制不存在，就不会出现积例关系。积分限制不存在，就不会出现积分饱和。即积分信号来自外部的信号，称分饱和。即积分信号来自外部的信号，称积特别反馈法。积特别反馈法。气动限制器实现结构图：气动限制器实现结构图：30LS是低选器，其输出是输入信号中的低值。是低选器，其输出是输入信号中的低值。31当当U(s)Ub(s)时时,LS输出为

13、输出为Ub(s)为常数，限为常数，限制器为比例限制。制器为比例限制。32微分作用：超前限制作用微分作用：超前限制作用时域上看：稳态偏差为时域上看：稳态偏差为0，限制量就为，限制量就为0，除非，除非MR补偿；补偿；频域上看：稳态增益不是无穷大。频域上看：稳态增益不是无穷大。4.5.2PD调整规律调整规律33n比例微分限制器的阶跃响应特性比例微分限制器的阶跃响应特性 在斜坡输入条在斜坡输入条件下，要达到件下，要达到同样的同样的u(t)，PD作用要比作用要比单纯单纯P作用快，作用快，提前的时间就提前的时间就是是Td。34微分限制的特点：微分限制的特点：1）微分反映变更率，可使系统动态特性）微分反映变

14、更率，可使系统动态特性改善，但微分作用过强，可能导致系统改善，但微分作用过强，可能导致系统稳定性变差。稳定性变差。2）对于大时滞系统，微分限制不能改善）对于大时滞系统，微分限制不能改善系统品质。系统品质。3）噪声大的系统也不宜加入微分，简洁）噪声大的系统也不宜加入微分，简洁导致调整阀开度饱和。导致调整阀开度饱和。35364.6PID调整规律调整规律 比例积分微分调整器：q微分作用：加快系统的动作速度，减小超调，克服振荡。q积分作用：消退静差q三者结合，可达到快速灵敏，平稳精确37PID限制中，限制中，P是最基本的限制作用，是最基本的限制作用，它在整个过程中均起作用；微分限制主它在整个过程中均起

15、作用；微分限制主要在前期起作用；积分限制主要在后期要在前期起作用；积分限制主要在后期起作用。起作用。PID限制限制u(t)先跳变到最大值，然后渐先跳变到最大值，然后渐渐下降，并到确定值起先上升，由于积渐下降，并到确定值起先上升，由于积分作用输出呈积分上升。分作用输出呈积分上升。38(1)PID(1)PID限制器的时域响应特性限制器的时域响应特性已知已知PIDPID限制器的时域表达式为：限制器的时域表达式为：取单位阶跃偏差输入：取单位阶跃偏差输入：3940由于不能物理实现纯微分限制作用，实际由于不能物理实现纯微分限制作用，实际PID限制器的传递函数为限制器的传递函数为阶跃输入信号作用下，输出不再

16、突变，其最大阶跃输入信号作用下，输出不再突变，其最大值可达偏差值的值可达偏差值的KcKd倍。倍。41一、频域响应特性：已知PID限制器的传递函数为：假设：假设：，则依据，则依据 可画出可画出 PID PID限制器的频域响应曲线。限制器的频域响应曲线。(2)PID(2)PID限制器的频率响应特性限制器的频率响应特性421.低频段：低频段：2.中频段中频段1 1：3.中频段中频段2 2：4.高频段高频段：43 分析：低频段反映积分特性，增益趋向于无穷大，用于消退稳态偏差；高频段反映不完全微分特性，抑制高频干扰，同时，取相位超前作用。4445同一系统在相同阶跃信号作用下，接受不同同一系统在相同阶跃信

17、号作用下，接受不同PID参参数的系统响应曲线。数的系统响应曲线。假设系统模型为假设系统模型为接受PID限制策略，探讨在不同的PID参数下，闭环系统阶跃响应的曲线如图所示。4647同一被控对象在相同的阶跃输入下，接受不同形式调整器的响应曲线。48 基本基本PIDPID限制算法小结限制算法小结P：PID：PI：494.7 4.7 变形的变形的PIDPID限制算法限制算法一、一、微分先行微分先行PID限制算法限制算法PI-D算法算法二、二、比例先行比例先行PID限制算法限制算法I-PD算法算法三、三、带设定值滤波的带设定值滤波的PID限制算法限制算法部分比例先行部分比例先行PID算法算法504.7.

18、1 微分先行（微分先行（PI-D）算法：）算法：商品化的商品化的PID限制器大都是以微分先行限制器大都是以微分先行PID限制限制算法为基础算法为基础.51PD限制与微分先行限制与微分先行等价于等价于:524.7.2 4.7.2 比例先行（比例先行（I-PDI-PD）算法）算法:n针对针对 ,为标准的为标准的PIDPID运算；运算；n针对针对 ,仅仅为积分运算。仅仅为积分运算。53n比例先行算法的等效形式比例先行算法的等效形式等价于等价于:544.7.3 部分比例先行部分比例先行PIDPID算法：算法：其中其中,也称作也称作:带设定值加权的微分先行带设定值加权的微分先行PID限制算法限制算法.5

19、5等价于等价于:564.7 数字式数字式PID限制器限制器数字化的数字化的PID限制算法：限制算法：1）位置算法）位置算法572）增量算法：）增量算法：3）速度算法：）速度算法：增量输出与采样周期之比为增量输出与采样周期之比为58三种算法的比较：三种算法的比较：从执行器型式看：从执行器型式看：位置式算法的输出除非用数字式限制阀，位置式算法的输出除非用数字式限制阀，否则不能干脆连接；否则不能干脆连接；增量算法的输出可通过步进电机等具有零阶增量算法的输出可通过步进电机等具有零阶保持特性的积累几个化为模拟量；保持特性的积累几个化为模拟量；速度算法的输出须接受积分式执行机构。速度算法的输出须接受积分式

20、执行机构。59从应用看：从应用看：接受增量算法和速度算法时，手接受增量算法和速度算法时，手/自动切换相自动切换相当便利；同时，它们不会引起积分饱和现象。当便利；同时，它们不会引起积分饱和现象。对于位置算法，须加一些必要措施，手对于位置算法，须加一些必要措施，手/自动自动切换和积分饱和问题才可解决。切换和积分饱和问题才可解决。60数字式算法的特点：数字式算法的特点：1）P，I，D三种限制作用是独立的，没有限制三种限制作用是独立的，没有限制器参数之间的关联；器参数之间的关联；2）数字限制器的参数可在更大范围内设置，不）数字限制器的参数可在更大范围内设置，不受硬件的制约；受硬件的制约；3）数字限制器

21、接受接受限制，引入接受周期，）数字限制器接受接受限制，引入接受周期，即引入纯时滞，使限制品质变差；即引入纯时滞，使限制品质变差；614）数字限制器的限制效果不如模拟限制器，限）数字限制器的限制效果不如模拟限制器，限制度定义为制度定义为5）采样周期大小的选择影响数字限制系统的限）采样周期大小的选择影响数字限制系统的限制品质。制品质。62改进的改进的PID限制算法限制算法 数字限制算法是由程序来实现的，所以，数字限制算法是由程序来实现的，所以，在模拟限制中难以实现的功能在此很简洁在模拟限制中难以实现的功能在此很简洁完成。为了适应不同被控对象和限制系统完成。为了适应不同被控对象和限制系统的要求，进一

22、步改善系统的性能和限制品的要求，进一步改善系统的性能和限制品质，可在志向的质，可在志向的PID算法的基础上进行修算法的基础上进行修改，构成各种改进的改，构成各种改进的PID限制算法。限制算法。631.积分分别PID限制算法 在志向PID限制算法中，积分的主要目的是为了消退静差，提高系统的限制精度。但在过程的启、停或大幅度增减设定值时，由于短时间内出现的大偏差，会造成PID算法的积分积累，引起系统较大的超调，甚至导致系统大的振荡。为此，可接受积分分别PID限制算法。64积分分别积分分别PID限制算法的基本思路是限制算法的基本思路是:当系统的偏差较大当系统的偏差较大时，取消积分作用，以免由于积分作

23、用使系统的稳定性时，取消积分作用，以免由于积分作用使系统的稳定性降低，超调量增大；直至偏差小于确定值后，才引入积降低，超调量增大；直至偏差小于确定值后，才引入积分限制，以消退系统的静差，提高系统的限制精度。分限制，以消退系统的静差，提高系统的限制精度。积分分别的开关系数，值过大，则达不到积分分别的目的；若值过小，则会导致系统无法进入积分区，会使系统出现余差。652 抗积分饱和抗积分饱和PID限制算法限制算法为防止积分饱和现象的出现，可接受抗积分饱为防止积分饱和现象的出现，可接受抗积分饱和法。该算法的思路是，在计算和法。该算法的思路是，在计算 时，先要时，先要推断上一时刻的限制量推断上一时刻的限

24、制量时，首先要推断上一时刻的限制量是否已超出限制范围。则只累加负偏差；这样可以避开限制量长时间停留在饱和区。则只累加正偏差；663 梯形积分PID限制算法 志向PID限制算法中积分的作用是消退余差，为减小余差，应提高积分项的运算精度，为此，可将矩形积分改为梯形积分 674 变速积分变速积分PID限制算法限制算法 在志向在志向PID限制算法中，由于积分系限制算法中，由于积分系数数Ki是常数，所以系统在整个过程中，积是常数，所以系统在整个过程中，积分增量不变。而系统对积分项的要求是，分增量不变。而系统对积分项的要求是，系统偏差大时积分作用应减弱甚至消退，系统偏差大时积分作用应减弱甚至消退，而在偏差

25、小时则积分作用应加强。变速积而在偏差小时则积分作用应加强。变速积分的思想是，设法变更积分项的累加速度，分的思想是，设法变更积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应：偏差越大，积分使其与偏差大小相对应：偏差越大，积分越慢；偏差越小，积分越快。越慢；偏差越小，积分越快。68设置系数，它是偏差的函数，当增大时,减小，而当减小时,增大。系数与偏差的关系可以是线性或非线性。变速积分PID限制算法 69PIDPID限制算法的局限性限制算法的局限性工业中的难控过程或对象工业中的难控过程或对象:n大时延过程（传输延迟过大）大时延过程（传输延迟过大）;n时变对象（如变增益过程等）时变对象（如变增益过程等）;n多变

26、量（强）耦合过程多变量（强）耦合过程;n高阶振荡对象高阶振荡对象n严峻非线性过程（如严峻非线性过程（如PHPH值中和反应）值中和反应）;n 一般不能用二阶或者一阶惯性加纯滞后对一般不能用二阶或者一阶惯性加纯滞后对象近似描述的过程均属于难控过程。象近似描述的过程均属于难控过程。704.8 PID 限制器的参数工程整定限制器的参数工程整定 假如限制方案已经确定，则过程各通道的静假如限制方案已经确定，则过程各通道的静假如限制方案已经确定，则过程各通道的静假如限制方案已经确定，则过程各通道的静态和动态特性就已确定，系统的限制质量就取决于态和动态特性就已确定，系统的限制质量就取决于态和动态特性就已确定，

27、系统的限制质量就取决于态和动态特性就已确定，系统的限制质量就取决于限制器各个参数值的设置。限制器各个参数值的设置。限制器各个参数值的设置。限制器各个参数值的设置。限制器的参数整定，就是确定最佳过渡过程限制器的参数整定，就是确定最佳过渡过程限制器的参数整定，就是确定最佳过渡过程限制器的参数整定，就是确定最佳过渡过程中限制器的比例度中限制器的比例度中限制器的比例度中限制器的比例度、积分时间、积分时间、积分时间、积分时间TITITITI、微分时间、微分时间、微分时间、微分时间TDTDTDTD的的的的具体数值。具体数值。具体数值。具体数值。71 所谓最佳过渡过程，就是在某种质量指标所谓最佳过渡过程，就

28、是在某种质量指标下，系统达到最佳调整状态。下，系统达到最佳调整状态。4：1递减比递减比为最佳参数整定的常用依据。为最佳参数整定的常用依据。参数整定的方法参数整定的方法:(1)、理论整定法：对数频率特性法、根轨、理论整定法：对数频率特性法、根轨迹法等。迹法等。(2)、工程整定法：阅历凑试法、衰减曲线、工程整定法：阅历凑试法、衰减曲线法、临界比例度法、响应曲线法等。法、临界比例度法、响应曲线法等。72PID限制器参数整定的原则限制器参数整定的原则 1.依据对限制系统稳定运行准则依据对限制系统稳定运行准则 限制系统的首要要求是系统的稳定性，限制系统的首要要求是系统的稳定性，全部参数的确定必需保证系统

29、能运行正常全部参数的确定必需保证系统能运行正常且具有确定的稳定裕度。通常，可取衰减且具有确定的稳定裕度。通常，可取衰减比作为稳定性指标，对于随动限制系统，比作为稳定性指标，对于随动限制系统，常取衰减比为常取衰减比为10：1；定值限制系统衰减；定值限制系统衰减比为比为4：1。732.依据被控对象广义的动态参数依据被控对象广义的动态参数 值越大，表明系统的纯滞后越严峻，限制系统越不简洁稳定，此时，应减小系统的比例值，以保证系统的稳定性，同时，和和应合适应合适.743.PID参数对系统动静态特性的影响参数对系统动静态特性的影响 n比例度过小，即比例放大系数过大时，比例度过小，即比例放大系数过大时，比

30、例限制作用很强，系统有可能产生振荡；比例限制作用很强，系统有可能产生振荡；n积分时间过小时，积分限制作用很强，积分时间过小时，积分限制作用很强，易引起振荡；易引起振荡；n微分时间过大时，微分限制作用过强，微分时间过大时，微分限制作用过强，易产生振荡。易产生振荡。754.依据系统的性能指标要求依据系统的性能指标要求 PID限制器参数整定过程中，须要通过能反限制器参数整定过程中，须要通过能反映系统限制品质的性能指标来衡量参数整定是映系统限制品质的性能指标来衡量参数整定是否达到最佳过渡过程。性能指标可以是单项限否达到最佳过渡过程。性能指标可以是单项限制指标，如超调量或最大偏差、衰减比、余差制指标，如

31、超调量或最大偏差、衰减比、余差及过渡过程时间等，另外，也可接受综合性能及过渡过程时间等，另外，也可接受综合性能指标指标.76工程整定法特点工程整定法特点n不须要事先知道过程的数学模型，干脆不须要事先知道过程的数学模型，干脆在过程限制系统中进行现场整定在过程限制系统中进行现场整定n方法简洁；方法简洁；n计算简便；计算简便；n易于驾驭。易于驾驭。774.8.2 4.8.2 限制器参数整定限制器参数整定 n指确定调整器的比例度指确定调整器的比例度、积分时间、积分时间TITI和微分时间和微分时间TDTD和采样周期和采样周期TsTs的具体数值。的具体数值。n整定的实质是通过变更调整器的参数，整定的实质是

32、通过变更调整器的参数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态指标，取得最佳的限制效果。的动态和静态指标，取得最佳的限制效果。78采样周期采样周期T的确定的确定采样定理采样定理 给出了采样频率的上限。但葱给出了采样频率的上限。但葱限制器考虑，采样周期限制器考虑，采样周期T太小，计算机将失去调整作用，太小，计算机将失去调整作用，采样周期采样周期T过长又会引起误差。过长又会引起误差。影响采样周期影响采样周期T的因素：的因素：（1）加到被控对象的扰动频率）加到被控对象的扰动频率扰动频率越高，采样频率也应相应提高，即采样周期降扰动频率越高，采样频率也应相应提

33、高，即采样周期降低；低；792）对象的动态特性）对象的动态特性考虑被控对象的纯滞后时间刚好间常数，当纯滞后比较考虑被控对象的纯滞后时间刚好间常数，当纯滞后比较显著时，采样周期与纯滞后时间基本相当；显著时，采样周期与纯滞后时间基本相当；3）限制的回路数）限制的回路数限制的回路越多，则采样周期越大；限制的回路越多，则采样周期越大；4）对象要求的限制品质）对象要求的限制品质一般限制精度要求越高，采样周期越短。一般限制精度要求越高，采样周期越短。80采样周期的选择：采样周期的选择：计算法计算法被控对象模型难以确定，比较困难。被控对象模型难以确定，比较困难。阅历法阅历法它是一种凑试法。它是一种凑试法。被

34、测参数采样周期T(s)备 注流量压力液位温度成分153106815201529 优选12优选68814.8.2.1 4.8.2.1 现场凑试法现场凑试法 它是依据阅历先将限制器的参数设置在某些数值上，干脆在闭合的限制系统中通过变更给定值和施加扰动信号，观测系统的输出响应曲线和扰动响应曲线的形态，依据对限制系统的影响规律，现场凑试调整相应的对限制系统的影响规律，现场凑试调整相应的参数，直到获得满足的动、静态特性为止。参数，直到获得满足的动、静态特性为止。824.8.2.1 4.8.2.1 现场凑试法现场凑试法 n依据先比例（依据先比例（P P）、再积分（）、再积分（I I）、最终微分（）、最终微

35、分（D D）的依次。）的依次。n置调整器积分时间置调整器积分时间TI=TI=，微分时间，微分时间TD=0TD=0，在比例度，在比例度按按阅历设置的初值条件下，将系统投入运行，整定比例度阅历设置的初值条件下，将系统投入运行，整定比例度。求得满足的求得满足的4 4：1 1过渡过程曲线。过渡过程曲线。n引入积分作用（此时应将上述比例度引入积分作用（此时应将上述比例度加大加大1.21.2倍）。将倍）。将TITI由大到小进行整定。由大到小进行整定。n若需引入微分作用时，则将若需引入微分作用时，则将TDTD按阅历值或按按阅历值或按TD=TD=（1/31/31/41/4）TITI设置，并由小到大加入。设置，

36、并由小到大加入。834.8.2.2 4.8.2.2 动态特性参数法动态特性参数法 以被控对象阶跃响应为依据，依据一些阅历公以被控对象阶跃响应为依据，依据一些阅历公式求取调整器参数整定值得开环整定方法。式求取调整器参数整定值得开环整定方法。依据系统的阶跃响应曲线获得被控过程的增益依据系统的阶跃响应曲线获得被控过程的增益K，时间常数，时间常数T和时滞和时滞。常见的有齐格勒常见的有齐格勒-尼科尔斯（尼科尔斯（Ziegler-Nichols)法，法，柯恩柯恩-库恩（库恩（Cohen-Coon)法等。法等。84在系统开环并处于稳定的状况下，给系统输入一阶跃信在系统开环并处于稳定的状况下，给系统输入一阶跃

37、信号，测量系统的输出响应曲线，一般的响应曲线如图所号，测量系统的输出响应曲线，一般的响应曲线如图所示，该曲线也可接受曲线拟合法等到。示，该曲线也可接受曲线拟合法等到。将广义对象用一将广义对象用一阶惯性加纯滞后阶惯性加纯滞后来近似来近似85控制作用控制作用%TiTdP_PI3.3_PID2.00.5齐格勒齐格勒-尼科尔斯（尼科尔斯（Ziegler-Nichols)法限制器参数整定法限制器参数整定被控对象的增益被控对象的增益86控制作用控制作用KpTiTdP_PI_PID柯恩柯恩-库恩（库恩（Cohen-Coon)法限制器参数整定法限制器参数整定87例例:假如广义被控对象的传递函数如下假如广义被控

38、对象的传递函数如下:接受曲线拟合法，得拟合曲线如图所示接受曲线拟合法，得拟合曲线如图所示,由此可近似得到广义被控由此可近似得到广义被控对象的一阶惯性加纯滞后对象数学模型的参数为对象的一阶惯性加纯滞后对象数学模型的参数为K=1.0322，T=14.1229s,，88接受接受Ziegler-Nichols限制器参数整定得限制器参数整定得:PI限制器的限制器的=44.2%,积分时间积分时间系统的单位阶跃响应曲线系统的单位阶跃响应曲线89接受接受Cohen-Coon限制器参数整定法限制器参数整定法 PI限制器的参数限制器的参数积分时间常数积分时间常数系统的单位阶跃响应曲线系统的单位阶跃响应曲线=43.

39、1%904.8.2.3 4.8.2.3 临界比例度法临界比例度法n在闭合的限制系统里，将调整器置于纯在闭合的限制系统里，将调整器置于纯比例作用下，从大到小渐渐变更调整器的比例作用下，从大到小渐渐变更调整器的比例度，得到等幅振荡的过渡过程。比例度，得到等幅振荡的过渡过程。n此时的比例度称为临界比例度此时的比例度称为临界比例度kk，相邻，相邻两个波峰间的时间间隔，称为临界振荡周两个波峰间的时间间隔，称为临界振荡周期期TkTk。91可按如下整定表确定限制器的参数。可按如下整定表确定限制器的参数。控制作用控制作用 比例度比例度 Ti TD P PI PID临界比例度法步骤临界比例度法步骤92n将调整器

40、的积分时间将调整器的积分时间TITI置于最大置于最大（TI=TI=），微分时间置零（），微分时间置零（TD=0TD=0），比），比例度例度适当，平衡操作一段时间，把系统适当，平衡操作一段时间，把系统投入自动运行。投入自动运行。n将比例度将比例度渐渐减小，得到等幅振荡过程，渐渐减小，得到等幅振荡过程，登记临界比例度登记临界比例度kk和临界振荡周期和临界振荡周期TkTk值。值。9394 依据依据k和和Tk值，接受阅历公式，计算值，接受阅历公式，计算出调整器各个参数，即出调整器各个参数，即、TI、TD的值。的值。按按“先先P后后I最终最终D”的操作程序将调整的操作程序将调整器器 整定参数调到计算值上

41、。若还不够满整定参数调到计算值上。若还不够满足，可再作进一步调整。足，可再作进一步调整。95临界比例度法整定留意事项临界比例度法整定留意事项 n有的过程限制系统，临界比例度很小，使系统有的过程限制系统，临界比例度很小，使系统接近两式限制，调整阀不是全关就是全开，对接近两式限制，调整阀不是全关就是全开，对工业生产不利。工业生产不利。n有的过程限制系统，当调整器比例度有的过程限制系统，当调整器比例度调到最调到最小刻度值时，系统仍不产生等幅振荡，对此，小刻度值时，系统仍不产生等幅振荡，对此，就把最小刻度的比例度作为临界比例度就把最小刻度的比例度作为临界比例度kk进行进行调整器参数整定。调整器参数整定

42、。964.8.2.4 4.8.2.4 衰减曲线法衰减曲线法 n选把过程限制系统中调整器参数置成纯比例作选把过程限制系统中调整器参数置成纯比例作用（用（TI=TI=，TD=0TD=0）使系统投入运行。再把比例）使系统投入运行。再把比例度度从大渐渐调小，直到出现从大渐渐调小，直到出现4 4：1 1衰减过程曲衰减过程曲线。线。n此时的比例度为此时的比例度为4 4：1 1衰减比例度衰减比例度cc，两个相邻，两个相邻波峰间的时间间隔，称为波峰间的时间间隔，称为4 4：1 1衰退减振荡周期衰退减振荡周期TsTs。9798可按如下整定表确定限制器的参数。可按如下整定表确定限制器的参数。控制作用控制作用 比例

43、度比例度 Ti TD P PI PID P PI PID衰减率衰减率0.750.9099衰减曲线法衰减曲线法n依据依据cc和和TsTs，运用公式，即可计算出调，运用公式，即可计算出调整器的各个整定参数值。整器的各个整定参数值。n按按“先先P P后后I I最终最终D”D”的操作程序，将求的操作程序，将求得的整定参数设置在调整器上。再视察运得的整定参数设置在调整器上。再视察运行曲线，若不太志向，还可作适当调整。行曲线，若不太志向，还可作适当调整。100衰减曲线法留意事项衰减曲线法留意事项n反应较快的限制系统，要认定反应较快的限制系统，要认定4 4：1 1衰减曲线和读衰减曲线和读出出TsTs比较困难

44、，此时，可用记录指针来回摇摆两比较困难，此时，可用记录指针来回摇摆两次就达到稳定作为次就达到稳定作为4 4：1 1衰减过程。衰减过程。n在生产过程中，负荷变更会影响过程特性。当负在生产过程中，负荷变更会影响过程特性。当负荷变更较大时，必需重新整定调整器参数值。荷变更较大时，必需重新整定调整器参数值。n若认为若认为4 4：1 1衰减太慢，宜应用衰减太慢，宜应用1010：1 1衰减过程。对衰减过程。对于于1010：1 1衰减曲线法整定调整器参数的步骤与上述衰减曲线法整定调整器参数的步骤与上述完全相同，仅仅接受计算公式有些不同。完全相同，仅仅接受计算公式有些不同。101例：假设被控对象的广义传递函数

45、为：例：假设被控对象的广义传递函数为：原系统的开环响应曲线和拟合曲线，可将系统近似为自平衡非振荡过程，如图所示，并得到K=1.03，T=14.12，102系统的闭环响应图系统的闭环响应图103104接受接受PI限制器，齐格勒限制器，齐格勒-尼科尔斯法整定尼科尔斯法整定PI限限制器，得：制器，得：=44.2%，Ti=18.15105柯恩柯恩-库恩法来整定库恩法来整定PI限制器，得：限制器，得：Kc=2.32,=43.1%,Ti=10.2。106接受临界比例度法：接受临界比例度法：K=10K=5107当当K=7.75，s=13%时，系统等幅振荡，时，系统等幅振荡，T=20.108接受接受P限制器：

46、限制器：=26%，109接受接受PI限制器：限制器：=28.6%，Ti=17110接受接受PID限制器：限制器：=22.1%，Ti=17,Td=2.5111比例限制比例限制比例积分比例积分比例积分微分比例积分微分112K=4.5K=6接受衰减曲线法接受衰减曲线法:衰减比为衰减比为4:1113K=5.5K=5 Ts=24114K=5.2 Ts=36.3-14=22.3115接受接受P限制器：限制器：=20%，116接受接受PI限制器：限制器：=17%，Ti=12117接受接受PID限制器：限制器：=25%，Ti=7.2,Td=2.4118比例积分微分比例积分微分比例积分比例积分比例限制比例限制1

47、194.9 限制器选型限制器选型 限制器类型的选择应依据对象特性，负荷限制器类型的选择应依据对象特性，负荷变更，主要扰动和限制系统要求等具体状变更，主要扰动和限制系统要求等具体状况来考虑，同时还应考虑系统的经济性及况来考虑，同时还应考虑系统的经济性及投入便利等。投入便利等。120 (1)(1)(1)(1)、特点：限制系统调整刚好，过渡过程结束时、特点：限制系统调整刚好，过渡过程结束时、特点：限制系统调整刚好，过渡过程结束时、特点：限制系统调整刚好，过渡过程结束时有余差，系统的稳定性降低。有余差，系统的稳定性降低。有余差，系统的稳定性降低。有余差，系统的稳定性降低。(2)(2)(2)(2)、适用

48、：滞后较小，负荷变更较小，工艺要求、适用：滞后较小，负荷变更较小，工艺要求、适用：滞后较小，负荷变更较小，工艺要求、适用：滞后较小，负荷变更较小，工艺要求不高时，可选择比例限制。不高时，可选择比例限制。不高时，可选择比例限制。不高时，可选择比例限制。如储罐压力和液位限制。如储罐压力和液位限制。如储罐压力和液位限制。如储罐压力和液位限制。1、P限制器的选择限制器的选择121 2、PI限制器的选择限制器的选择 (1)(1)(1)(1)、特点：过渡过程结束时无余差，但系统的、特点：过渡过程结束时无余差，但系统的、特点：过渡过程结束时无余差，但系统的、特点：过渡过程结束时无余差，但系统的稳定性降低。稳

49、定性降低。稳定性降低。稳定性降低。(2)(2)(2)(2)、适用：滞后较小，负荷变更不大，被控量、适用：滞后较小，负荷变更不大，被控量、适用：滞后较小，负荷变更不大，被控量、适用：滞后较小，负荷变更不大，被控量不允许有余差的限制系统不允许有余差的限制系统不允许有余差的限制系统不允许有余差的限制系统 如管道压力和流量限制。如管道压力和流量限制。如管道压力和流量限制。如管道压力和流量限制。122 3、PD限制器的选择限制器的选择 (1)(1)(1)(1)、特点：限制系统的响应速度快，过渡过程结、特点：限制系统的响应速度快，过渡过程结、特点：限制系统的响应速度快，过渡过程结、特点：限制系统的响应速度

50、快，过渡过程结束时有余差，但系统的抗干扰实力降低。束时有余差，但系统的抗干扰实力降低。束时有余差，但系统的抗干扰实力降低。束时有余差，但系统的抗干扰实力降低。(2)(2)(2)(2)、适用：滞后较大，被控量允许有余差的限制、适用：滞后较大，被控量允许有余差的限制、适用：滞后较大，被控量允许有余差的限制、适用：滞后较大，被控量允许有余差的限制系统系统系统系统 。123 (1)、特点：对克服对象的容量滞后有显著的效果。、特点：对克服对象的容量滞后有显著的效果。(2)、适用：负荷变更大，容量滞后大，限制质量、适用：负荷变更大，容量滞后大，限制质量 要求很高要求很高的系统。的系统。负荷变更大，纯滞后大