第三章-整定-简单控制系统的整定-过程控制-教学课件.ppt

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1、第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定第三章 简单控制系统的整定3-1 控制系统整定的基本要求3-2 衰减频率特性法定性分析3-3工程整定方法3-4 参数自整定第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定3-1 控制系统整定的基本要求PID广义被控对象给定值r 被调量ye u控制系统的任务是指在控制系统的结构已经确定、控制设备与控制对象等都处在正常状态的情况下,通过调整调节器的参数（、TI、TD)，使其与被控对象特性相匹配，以达到最佳的控制效果。第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定1.参数整定调整调节器参数的过程称为参数整定。当调节器的参数被整定到使控制系统达到最佳控

2、制效果时，称为最佳整定参数。2.参数整定的依据性能指标1）单项性能指标：衰减率、超调量、过渡过程时间。=0.75适应于大部分允许有一些超调的工业过程。=1适用于被控对象的惯性较大，且不允许有过调的控制系统。2）误差积分指标：IE、IAE、ISE、ITAE等。第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定在实际系统整定过程中，常将两种指标综合起来使用。一般先改变某些调节器参数（如比例带）使系统获得规定的衰减率，然后再改变另外的参数使系统满足积分指标。经过多次反复调整，使系统在规定的衰减率下使选定的某一误差指标最小，从而获得调节器的最佳整定参数。第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定第

3、一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定3-2衰减频率特性法定性分析从控制理论得知，对于二阶系统，其特征方程若有一对共轭复根：对应的系统阶跃响应衰减率为 其中，称为系统相对稳定度在根平面上有GC(s)GP(s)r ye uWo(s)1.衰减频率特性和稳定度判据-j第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定-ABO当频率从，折线AOB 上的任一点可表示为将s 的值带入系统开环传递函数得到系统的开环衰减频率特性对应的推广奈氏稳定性判据稳定度判据为：在复平面AOB 折线右侧有p 个极点，那么当频率从 时逆时针包围（-1，j0）的圈数为p，则闭环系统衰减率满足规定要求若第一篇 简单控制系统

4、 第三章 简单控制系统的整定若 在复平面AOB 折线右侧无极点，变化时，不包围（-1，j0），则闭环系统衰减率满足规定要求通过（-1，j0），则闭环系统衰减率满足规定要求包围（-1，j0），则闭环系统衰减率不满足规定要求当频率从-ABO满足特征方程：第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定1）单参数调节器的参数整定其中s是由相频特性求得的。求解方程组：（1）比例调节器:GC(ms,j)=KC（2）积分调节器:求解方程组：结论由频率特性方程组可得到：单参数调节器唯一整定参数第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定P调节和I调节的相频

5、特性:对同一对象：相对稳定度m 越小，系统振荡频率越高；P 调节的振荡频率比I 调节的振荡频率高。m=0m=0.221m=0.366-/2-0124653P：I：124653:采用P调节时系统的振荡频率:采用I调节时系统的振荡频率第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定PD控制系统的等衰减率曲线(n-1)阶对象n阶对象(b)Td=T(a)（2）PD调节由频率特性方程组，因此得到的解是多组解 解三个变量第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定综上分析可看到，用这种理论的整定方法整定调节

6、器参数，当调节器的参数超过一个时，整定是非常麻烦的，计算量很大实用价值不高。但它可建立调节器整定参数与被控对象动态特性参数之间的关系，为工程整定的经验公式提供理论依据。第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定3-3工程整定方法1.动态特性参数法（离线整定、开环整定）自衡对象：非自衡对象：齐勒格(Ziegler)-尼科尔斯(Nichols)整定公式（=0.75）TDTIPPIPID规律参数第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定随着仿真技术的发展，又有以积分指标为辅助系统性能指标的调节器最佳参数整定公式，如教材表3.2（针对自衡对象

7、）第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定2.稳定边界法（临界比例带法）闭环试验法TDTIPPIPID规律参数Tcr使调节器为纯比例规律，且比例带较大；使系统闭环，待稳定后，逐步减小比例带，当系统出现等幅震荡时，记下GC(s)GP(s)r ye uWo(s)查表3.3第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定注意：适于临界稳定时振幅不大，周期较长（Tcr30s）的系统，对象的 和T较小不适用；T较大的单容对象因采用P调节时，系统永远稳定，也不适用对于非自衡对象，所得到的调节器参数将使系统的衰减率0.75对于自衡对象，所得到的调节器参数将使系统的衰减率0.75对于某些中性稳定对象，

8、不能使用此法第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定3.衰减曲线法 闭环试验法使调节器为纯比例规律，且比例带较大；使系统闭环，待稳定后，逐步减小比例带，当系统出现衰减振荡时（=0.75，=0.9），计下GC(s)GP(s)r ye uWo(s)TsTr第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定查表3.4TDTIPPIPID规律参数=0.75=0.9TDTIPPIPID规律参数注意：对于扰动频繁而过程又较快的系统，Ts的测量不易准确，因此给参数整定带来误差。第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定控制规律的选择：（1）广义对象

9、时间常数较大或容积延迟较大，需引入微分动作，选PID：如温度、成分。（2）时间常数小，负荷变化不大，无残差，选PI：如管道压力、流量。（3）时间常数小，负荷变化小，工艺要求不高，允许残差，选P：如贮罐压力、液位。第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定对象参数100 TI/min TD/min温度压力流量液位206030704010020803100.430.110.53表3.5经验法调节器参数经验数据第一篇 简单控制系统 第三章 简单控制系统的整定表3.6设定值扰动下整定参数对调节过程的影响对象参数 TI TD 稳态误差衰减率最大动态偏差振荡频率-不同的整定方法按相同的衰减率整定，得到不相同参数整定值。