单回路控制系统的PID调节

1 µ ( t ) = L [µ ( s )] = t Ti
−1
e(t)
µ(t)
1 t
Ti
t
三种基本控制作用 —积分控制作用
动作规律 只要被控对象的被控量不等于给定值（即偏差e存在）， 那么执行机构就会不停动作，而且偏差e的数值越大， 执行机构的移动速度dµ(t) /dt就越大，只有e＝0时，即 偏差消失时，执行机构才停止动作。 控制特点 优点：控制过程结束时，被控量一定是无差的，引用 积分作用可消除被控量的偏差； 缺点：积分作用是随时间而逐渐加强的，与比例作用相 比过于迟缓，有延迟，控制不及时；同时由于误 差调节的变化总是落后于误差的变化，因此会使 控制过程变得振荡，甚至不稳定。
自动控制系统简介
自动控制系统简介
单回路控制系统方框图的一般形式如下图所示， 它是由被控对象、执行器、调节器（控制器）和 测量变送器组成一个单闭环控制系统。
系统的给定量是某一定值，要求系统的被控制量 稳定至给定量。由于这种系统结构简单，性能较 好，调试方便等优点，故在工业生产中已被广泛 应用。
自动控制系统简介
µ (s)
E(s)
= Kp =
1
δ
三种基本控制作用 —比例控制作用
若e(t)为单位阶跃响应，则
µ ( t ) = K p e( t ) = K p
e(t)
µ(t)
1 t
Kp t
三种基本控制作用 —比例控制作用
动作规律
Kp固定时，偏差e(t)愈大，执行机构输出位移µ(t)也愈大； 偏差e(t)的变化速度de(t)/dt愈大，执行机构输出位移的速 度dµ(t) /dt也愈大
三种控制作用的比较
1、PI控制器的阶跃响应曲线 2、PD控制器的响应曲线 3、实际PID控制器的阶跃响应曲线 4、过渡过程曲线
PID参数的整定 参数的整定
参数整定找最佳， 从小到大顺序查。 参数整定找最佳， 从小到大顺序查。 先是比例后积分， 最后再把微分加。 先是比例后积分， 最后再把微分加。 曲线振荡很频繁， 比例度盘要放大。 曲线振荡很频繁， 比例度盘要放大。 曲线漂浮绕大弯， 比例度盘往小扳。 曲线漂浮绕大弯， 比例度盘往小扳。 曲线偏离回复慢， 积分时间往下降。 曲线偏离回复慢， 积分时间往下降。 曲线波动周期长， 积分时间再加长。 曲线波动周期长， 积分时间再加长。 曲线振荡频率快， 先把微分降下来。 曲线振荡频率快， 先把微分降下来。 动差大来波动慢， 微分时间应加长。 动差大来波动慢， 微分时间应加长。 理想曲线两个波， 前高后低四比一。 理想曲线两个波， 前高后低四比一。 一看二调多分析， 调节质量不会低。 一看二调多分析， 调节质量不会低。
积分作用 能使被控量无静态偏差
微分作用 能有效的减少动态偏差
三种基本控制作用 —小结
比例控制作用是最基本的控制作用， 比例控制作用是最基本的控制作用，而积分和微分作 用为辅助控制作用。 用为辅助控制作用。 比例作用贯彻于整个控制过程之中， 比例作用贯彻于整个控制过程之中，积分作用则体现 在控制过程的后期，用以消除静态偏差， 在控制过程的后期，用以消除静态偏差，微分作用则 体现在控制过程的初期。 体现在控制过程的初期。 实际应用中应根据具体情况选择控制规律， 实际应用中应根据具体情况选择控制规律，同时设置 适当的比例系数、积分时间、微分时间， 适当的比例系数、积分时间、微分时间，才能收到满 意的控制效果。 意的控制效果。
k µ(t)
t
Td
t
三种基本控制作用 —微分控制作用
动作规律： 动作规律：
在控制过程刚开始时，被控量的偏差很小，但其变化速度却很大， 可预见偏差变化的趋势，使执行机构产生一个较大的位移，在偏 差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。
控制特点： 控制特点：
优点：与比例和积分控制作用相比，具有起始超前和加强控制的 作用，能有效减少控制过程的动态偏差。 缺点：当控制结束，即偏差e的变化速度等于0时，微分作用的输 出也将为0，即执行机构的位置最后总是恢复到原来的数 值，这就不能适应负荷线振荡很频繁， 比例度盘要放大（ 增大 增大， 减小） 例1 曲线振荡很频繁， 比例度盘要放大（δ增大，即Kp减小） 减小
比例太强要振荡
PID参数的整定 参数的整定
曲线波动周期长，积分时间再加长（ 增大 即降低积分作用） 增大， 例2 曲线波动周期长，积分时间再加长（Ti增大，即降低积分作用）
（只有单纯微分作用的控制器是不能使用的，它只是控制器 只有单纯微分作用的控制器是不能使用的， 控制作用的一个组成部分。）
三种基本控制作用 —小结
优点 动作速度快，可使控制 过程趋于稳定
缺点 在单独使用时，使被 控量产生静态偏差 在单独使用时，会使 控制过程变得振荡， 甚至不稳定 不能单独使用
比例作用
动态方程式
1 µ (t ) = Ti
∫
t
0
e (t ) dt
dµ (t ) 1 = e(t ) dt Ti
用传递函数表示为
1 = WI (s) = E(s) Ti s
µ (s)
三种基本控制作用 —积分控制作用
若e(t)为单位阶跃响应，
1 1 1 ⋅ = µ (s) = WI (s) ⋅ E (s) = Ti s s Ti s 2
积分太强过程长
单回路控制系统实验
被控量为水箱的液位高度， 要求水箱的液位稳定在给 定值。将压力传感器检测 到的水箱液位信号作为反 馈信号，在与给定量比较 后的差值通过调节器控制 电动调节阀的开度，以达 到控制中水箱液位的目的。
PID参数的整定 参数的整定
山东电力研究院 热控所
三种基本控制作用 —微分控制作用 (三) 微分控制作用 三 定义
微分控制作用是指执行机构的位移量µ(t)与被控量的偏 差e(t)的变化率成正比的作用。
动态方程式
de µ (t ) = Td dt
WD (s) =
用传递函数表示为
µ ( s)
E ( s) = Td s
三种基本控制作用 —微分控制作用
2 3
三种控制作用的比较
PID参数的整定 PID参数的整定
三种基本控制作用 —比例控制作用 (一) 比例控制作用 一 定义： 定义：
比例控制作用是指控制器的输出与输入成比例关系。
动态方程式
µ (t) = K p e(t) 1 µ ( t ) = e( t )
δ=
δ
1 Kp
用传递函数表示为
Wp (s) =
若e(t)为单位阶跃，则 1 WD ( s) = Td s ⋅ = Td s µ(t) = Td δ (t)
e(t) µ(t)
Td
1 t t
三种基本控制作用 —微分控制作用
e(t)
若e(t)为匀速变化输入，则由
de ( t ) e (t ) = t + k ⇒ =1 dt de µ (t ) = Td = Td dt
调节器（自动控制器）的控制规律主要指控制单 元的动态特性，它直接影响着自动控制系统的控 制品质。 在一般情况下，被控对象的动态特性是不便于人 为地加以改变的。为了得到满意的控制过程，总 是根据被控对象的动态特性，选择合适的调节器 （控制器）的控制规律。
主要内容
1
三种基本控制作用 比例控制作用 积分控制作用 微分控制作用
控制特点
优点：动作速度快，对于干扰有及时和很强的控制作用； 缺点：是有差调节，存在静态偏差，对于扰动较大，且 惯性也较大的系统，很难兼顾动态和静态特性。
三种基本控制作用 —积分控制作用 (二) 积分控制作用 二
定义： 定义：
积分控制作用是指执行机构的位移量的变 化速度dµ(t) /dt与偏差信号e(t)成比例的作用。
单回路控制系统的PID调节 单回路控制系统的PID调节 PID
主讲人： 主讲人：李 军
自动控制系统简介
自动控制： 自动控制： 在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控 对象的被控量自动地按预先给定的规律去进行。 自动控制系统： 自动控制系统： 是由起控制作用的自动控制装置和被控制器控制 的生产设备通过信号的传递、联系所构成的系统。 简言之，就是指被控对象和控制装置的总体。