常规PID控制规律
PID控制规律传递函数
§13-1、常规控制规律：
二、PID调节器基本控制规律： 3、微分(D)控制规律：
图b： 应用中的实际微分控制规律。 在阶跃发生的时刻，输出突然跳跃到一个较大的有限值， 然后按指数曲线衰减直至零。该跳跃跳得越高或降得越慢，表 示微分作用越强。
§13-1、常规控制规律：
二、PID调节器基本控制规律： 3、微分(D)控制规律：
采用微分调节的好处在于偏差尽管不大，但还在偏差开 始剧烈变化的时刻，就能立即自动地产生一个强大的调节作用， 及时抑制偏差的继续增长，故有超前调节的作用。同时，因为 微分调节器的输出大小只与偏差变化的速度有关，当偏差固定 不变时，无论其数值有多大，微分器都无输出，不能消除偏差， 因此不能单独使用。
§13-1、常规控制规律：
第三编 仪表系统分析
第13章 调节控制单元
概述：
调节器是构成自动控制系统的核心仪表，其基本功能是将
来自变送器的测量信号与给定信号相比较，并对由此所产生的 偏差进行比例、积分或微分处理后，输出调节信号控制执行器
的动作，以实现对不同被测或被控参数如温度、压力、流量或
液位等的自动调节作用。 如同其他仪表的发展过程一样，用作调节和控制作用的调
②.结构2：
为解决某些生产过程控制系统给定值s变化频繁，但同时又必 须引入微分作用的矛盾，还可引入测量值微分先行PID运算电
路，如图。
显然，测量值先经比例增益为1的PD电路后再与给定值比较， 差值送入PI 电路。于是，在改变给定值时，由于给定值没有
经过微分环节，调节器的输出就不会因此而出现大的幅度跳变。
§13-1、常规控制规律：
三、PID控制规律的构成： 2、串联型：
①.结构1：
特点：参数的相互干扰小。 但由于电路串联的各级误差会被积累和放大，对各部
PID控制规律
当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。
反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。
测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。
这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。
PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。
其输入e (t)与输出u (t)的关系为u(t)=kp[e(t)+(1/TI)*∫e(t)dt+TD*de(t)/dt)] 式中积分的上下限分别是0和t因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ti和Td）即可。
在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。
首先，PID应用范围广。
虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。
其次，PID参数较易整定。
也就是，PID参数Kp，Ti和Td可以根据过程的动态特性及时整定。
如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。
第三，PID控制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子。
在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态，原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。
由于这些不足，采用PID的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。
PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。
现在，自动整定或自身整定的PID控制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准。
浅析PID几种控制规律的作用
浅析PID几种控制规律的作用PID控制是自动控制中产生最早的控制方法，同时也是在实际工程中应用最为广泛的一种控制方法，在电厂单元制机组的热工控制系统中,绝大部分都是采用PID控制（比如，给水控制系统，过热汽温控制、除氧器水位控制等）。
尽管PID控制已经上了经典教科书，但由于它的简单与实际中良好的应用效果，人们仍在不断研究PID控制器的设计方法（包括各种自适应控制、最优控制等）。
笔者在一些参考书上经常看到讲述比例、积分、微分的调节作用，但书中作者只给出了三种调节规律作用的结果，让读者不知其结论背后的原因。
下面笔者就从理论的角度结合实际的例子来讲述以下这几种调节规律背后的来龙去脉。
(1) 比例调节规律的作用是：偏差一出现就能及时调节，但调节作用同偏差量是成比例的，调节终了会产生静态偏差（静差）。
(2) 积分调节规律的作用是：只要有偏差，就有调节作用，直到偏差为0，因此它能消除静态偏差，但积分作用过强，会使调节作用过强，引起被调参数超调，甚至产生振荡。
(3) 微分调节规律的作用是：根据偏差变化的速度进行调节，因此能提前给出较大调节作用，大大减小了系统的动态偏差量及调节过程时间，但微分作用过强，又会使调节作用过强，引起系统超调和振荡。
这三种调节规律的整定原则是：就每一种调节规律而言，在满足生产要求的情况下，比例作用要强一些，积分作用要强一些，微分作用也要强一些，当同时采用这三种调节规律时，三种调节作用应适当减弱，但微分时间一般取积分时间的1/4~1/3。
正文：1 比例调节规律：将控制对象近似一个比例环节，比例系数为K比例控制作用是指控制器的输出与输入成比例关系。
它的动态方程为μ(t)=Kpe(t) μ(t)= e(t)μ(t)——执行机构的移（即控制器的输出）；e(t)——给定值与被控量的偏差，e(t)=g-y;Kp——比例系数或比例增益；——比例带；用传递函数表示为：Wp(s)= =Kp=比例控制作用的动作规律是：偏差e(t)越大，执行机构输出位移μ(t)也愈大；偏差e(t)的变化速度愈大，执行机构输出位移的速度也愈大比例控制作用的特点是动作快，对干扰有及时和很强的控制作用；但由于执行机构的位移μ(t)与被控控量的偏差e(t)有一一对应的关系，所以控制的结果是被控量存在静态偏差。
pid控制规律的选择原则
pid控制规律的选择原则PID控制器，这个名字听起来挺高大上的，实际上就是我们日常生活中常见的一个小帮手。
说到控制器，大家可能会想起家里的空调，或者是车里的定速巡航。
对吧？它们都用到了这种神奇的技术。
PID代表的是比例、积分和微分，这三者就像是调味料，各自都有自己的独特风味，搭配得当才能做出一道美味佳肴。
选择合适的PID控制规律可不是小事儿，得根据实际情况好好斟酌。
想象一下，你正在做饭，火候掌握不好，结果菜肴要么生得像青菜，要么熟得像木头。
PID控制的选择原则其实就类似于这种火候的把握。
比例控制就像是你用手调节火的大小，没错，有时候需要多加点儿火，确保菜熟得快一点，但如果火太大，可能就会烧焦。
积分控制呢，就像是你在火上加的调料，慢慢融入，逐渐增添风味，时间久了，菜就会更加鲜美。
微分控制就像是最后的点睛之笔，稍微调整一下，确保风味达到最佳状态。
怎么选择合适的PID参数呢？这就得看具体情况了。
你可能会遇到一些设备的动态特性比较复杂，像是大海中的风浪，这时候就得沉下心来，好好分析。
别忘了，每台设备都像是一个小个性，有的温柔细腻，有的则是暴躁难驯。
得了解它们的脾气，才能制定出最合适的控制方案。
你要是给一台脾气暴躁的机器用温柔的方式控制，恐怕它会闹翻天；反过来，如果给一台温柔的机器用暴力的方式，结果也不会太好。
环境因素也是一个不能忽视的点。
试想一下，你在一个闷热的夏天里，开着空调，结果它却给你送来的是热风，那真是心态崩了。
环境的变化，像是突然降温、空气湿度增加，都会影响PID的性能。
这个时候，调整控制参数就显得尤为重要。
选择PID控制规律的时候，就像是出门前要看天气预报，得做好准备，迎接各种可能的变化。
选择PID控制规律也不是一蹴而就的，往往需要反复的试错和调整。
就像是调音师在为乐器调音一样，得一遍遍地试，才能找到那个最完美的音色。
很多时候调整PID参数就像是在玩拼图，有时候拼错了，得耐心重来。
别担心，这个过程虽然有点繁琐，但最终能带来的效果绝对是值得的。
(完整版)PID控制规律及数字PID基本算法
积分 微分
u* (t )
离散化过程相当于脉冲序列调制过程
脉冲信号：
(t
T
)
kT ) k 0
e*(t) e(t) (t kT ) e(kT ) (t kT ) k 0,1,2,K
k 0
k 0
积分环节的离散化处理
PID控制规律及数字PID基本算法
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知识回顾
系统控制的目标
r(t) e(t)
u(t)
校正环节 Gc (s)
c(t)
执行机构
检测单元
c(t)
被控对象 G(s)
控制目标：系统准确性、稳定性、快速性要求 系统评价：稳态特性、动态特性 稳态特性：稳态误差（误差度），与系统型次及开环增益相关 动态特性：时域指标（超调量、调整时间等）；频域指标（稳定裕度、剪切频率、中频宽度、带宽等 经典系统分析方法：时域、频域法、根轨迹等（开环分析闭环） 系统校正：串联校正、反馈校正、复合校正、频率特性校正
2
2.5
3
time(s)
rin,yout
五、小结与数字PID应用中的核心问题
小结 1、理解并掌握PID控制器中比例、积分、微分在调节系统稳态
特性与动态特性中的作用 2、掌握数字PID位置式、增量式的基本算法与特点 3、能够利用基本程序语言实现位置式增量式的程序编写 后续学习内容 1、PID参数的整定问题（周三实验介绍关于PID工程整定方法及
系统校正单元由基本环节构成，包括比例环节、积分环节、惯性环节、一阶微分、 二阶微分等，其中由比例、积分、微分环节构成的PID控制在工业控制中占有非常重 要的地位，了解PID控制规律、掌握PID控制器设计方法是十分必要的。
PID控制规律
项都不起作用，为比例控制。 若 TD 为0，微分项不起作用，为比 例积分控制。 若 TI 为 ，积分项不起作用，则为 比例微分控制
控制器运算规律通常用增量形式表示，若用 实际值表示，则为：
1 de( t ) u( t ) KC [ e( t ) e( t )dt TD ] u( 0 ) (7-3) TI dt
e( t )
t
0
u p
0
t
u I
0
t1
t2
t
图7－5 积分作用的落后性
在第一个前半周期内，测量值一直低于设定 值，出现负偏差，所以按同一方向累积。从t1 到t2时间段，偏差还是为负，但数值在减小， 因此，积分输出仍然在增加，但增加的量在减 小。显然，在这个时间段，积分输出增加是不 合理的，因为偏差已经在减小。这就暴露了积 分控制的弱点：控制作用的落后性。这往往会 导致超调，并引起被控变量波动厉害。 工业上常将比例作用与积分作用组合成比例 积分控制规律。
(3)、比例度对系统过渡过程影响
（a）在扰动（或负荷）变化及设定值变化 时有余差存在。因为在这几种情况下，控制 器必有输出 u 以改变阀门开度，力图使过 程的物料和能量能够达到新的平衡。但 u又 正比于偏差 e，因此此时控制器的输入信号 必然不是0。 当比例度较小时，对应同样的 u变化的e较 小；因此余差小。
(7-10)
在阶跃偏差作用下，比例积分控制器的 开环输出如图7－6所示。 在偏差幅度为A的 阶跃作用下，比例输出立即跳变到KCA，然 后积分输出随时间线性增加。在KC和A确定 时，直线的斜率取决于积分时间TI的大小。 TI越大，直线越平坦，积分作用越弱。 TI越小，直线越陡，表示积分作用越强 TI趋向无穷大时，比例积分控制器蜕变为 比例控制器。
PID调节器控制规律
1. 比例作用 (P作用)
动态方程式： K pe
传递函数为：
Wp (s)
s Es
Kp
特点为：
比例作用的比例系数
（1）无惯性、无迟延、动作快,而且调节动作的方向正确, 在控 制系统中是促使控制过程稳定的因素；
（2）有差作用
一、基本调节作用
2. 积分作用(I作用)
t
动态方程式： KI
知识点一：DDZ仪表的发展历程
2、DDZ—Ⅱ型系列 六七十年代晶体管 ；0～10mA DC统一标准信 号；标准化、系列化和通用化
3、DDZ—Ⅲ型系列
七八十年代；线性集成电路；4～20mA DC(或 1—5V DC) ；24V DC电源的集中统一供电
例.典型的控制回路
前馈信号 给定值
A
f(x) ＰＩ调节器
比例增益KP和比例度
比例增益KP是比例调节器输出变化量u与偏差e之比：
u Kp e
KP越大，比例作用越强，KP越小比例作用越弱。
KP越大 越小 比例作用越强。
二、调节器的控制规律
2. 比例积分(PI)调节器
动态方程为 ： K p KI
t 0
edt
K p (e
斜坡响应曲线: de
e dt
0
e0 t
0
t
Td
Td 2
Td
0
e0
t
(a)
1
0
导前时间
Td
(b)
a
Td
t
比例微分控制作用
比例微分(PD)控制由比例和微分二种控制作用组合而成
从右图中可以看出，当输入为斜坡曲线时，微分控制起到了超前的作 用，即：调节器输出比输入超前Td时间
写出pid控制规律表达式及其特点
写出pid控制规律表达式及其特点
PID控制器是一种常见的控制器，它可以通过调整比例、积分和微分三个参数来实现控制系统的稳定。
PID控制规律表达式如下：
u(t) = Kp*e(t) + Ki*∫e(t)dt + Kd*(de(t)/dt)
其中，u(t)为控制器的输出，e(t)为控制偏差，Kp、Ki、Kd为
比例、积分、微分系数。
其特点如下：
1. 比例作用：比例系数Kp控制输出对误差的比例响应。
当误差大时，控制器的输出也会变大，从而加速系统的响应。
2. 积分作用：积分系数Ki控制输出对误差的积分响应。
当误差持续存在时，积分作用可以通过积累误差来逐渐降低误差，从而提高系统的稳定性。
3. 微分作用：微分系数Kd控制输出对误差变化率的响应。
当误差变化率很快时，微分作用可以通过预测误差的变化趋势来调整输出，从而加快系统的响应速度。
4. PID控制器具有广泛的适用性，可以应用于各种控制系统中。
5. 但PID控制器的参数调节比较困难，需要通过实验和模拟来
得到最佳参数，且不同系统的最佳参数也不同。
6. 另外，PID控制器对于非线性系统的控制效果不太好，需要
采用其他控制方式。
- 1 -。
PID控制规律
比例控制
比例控制规律 比例控制规律是指控制器的输出变化量与输入 偏差成比例关系，一般用字母 P 表示。 比例控制规律的数学表达式为： u = KC e u ― 控制器的输出变化量 e ― 控制器的输入，即被控变量测量值与控制器 的给定值之差； Kc― 比例控制的放大倍数，又称为比例增益
比例控制
位式控制规律
位式控制规律 可分为双位控制和多位控制。 双位控制的特性可以用下面的数学表达式来描述
双位控制
理想双位控制的特性如图所示。
双位控制
位式控制实例 典型双位控制的原理图。 该系统利用电极或液位计来控制 贮槽的液位。 槽内装有一个电极，作为液位的 测量装置。电极的一端与继电器 的线圈 J 相接；另一端正好处于 液位给定值的位置上。导电流体 经装有电磁阀 V 的管线进入贮槽， 再由出料管流出。贮槽的外壳接地。
控制器参数的整定
下面介绍几种常用的工程整定方法。 1 ．临界比例度法 临界比例度法是目前应用较多的一种方法。它是先通过试 验得到临界比例度δk和临界周期 ，然后根据经验总结出 来的关系求出控制器的各参数值。具体作法如下： （l）将控制器的积分时间 ．置到最大值（TI→∞） ， 微分时间 置为零（TD=0 ) ，比例度δ置于适当大的值， 使控制系统在纯比例作用下投人运行。 （2）待系统稳定后，将比例度δ逐渐减小，直到系统出 现如图 所示的等幅振荡，即临界振荡过程。记录此时的 临界比例度δk和临界振荡周期（即俩个波峰间的时间间 隔）。
微分控制
微分控制的特点 它实际上对干扰起到了超前抑制的作用。可以 减小系统的动态偏差和过渡时ห้องสมุดไป่ตู้，使过程的动 态品质得到明显改善。
比例微分控制
理想的比例微分控制规律 可以用下式表示
(完整版)PID控制详解
PID控制原理和特点工程实际中，应用最为广泛调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
PID 控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制主要技术之一.当被控对象结构和参数不能完全掌握，或不到精确数学模型时，控制理论其它技术难以采用时，系统控制器结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便.即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能有效测量手段来获系统参数时，最适合用PID控制技术。
PID控制，实际中也有PI和PD控制.PID控制器就是系统误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。
1、比例控制(P)：比例控制是最常用的控制手段之一,比方说我们控制一个加热器的恒温100度，当开始加热时,离目标温度相差比较远，这时我们通常会加大加热，使温度快速上升,当温度超过100度时，我们则关闭输出,通常我们会使用这样一个函数e(t) = SP – y(t)-u(t) = e（t）＊PSP——设定值e(t）——误差值y（t）——反馈值u(t)——输出值P——比例系数滞后性不是很大的控制对象使用比例控制方式就可以满足控制要求，但很多被控对象中因为有滞后性。
也就是如果设定温度是200度,当采用比例方式控制时,如果P选择比较大，则会出现当温度达到200度输出为0后，温度仍然会止不住的向上爬升,比方说升至230度，当温度超过200度太多后又开始回落，尽管这时输出开始出力加热，但温度仍然会向下跌落一定的温度才会止跌回升，比方说降至170度，最后整个系统会稳定在一定的范围内进行振荡。
如果这个振荡的幅度是允许的比方说家用电器的控制，那则可以选用比例控制2、比例积分控制（PI）：积分的存在是针对比例控制要不就是有差值要不就是振荡的这种特点提出的改进,它常与比例一块进行控制，也就是PI控制。
其公式有很多种，但大多差别不大，标准公式如下：u(t） = Kp*e(t） + Ki∑e(t) +u0u（t）—-输出Kp--比例放大系数Ki——积分放大系数e（t)——误差u0——控制量基准值（基础偏差）大家可以看到积分项是一个历史误差的累积值，如果光用比例控制时，我们知道要不就是达不到设定值要不就是振荡，在使用了积分项后就可以解决达不到设定值的静态误差问题，比方说一个控制中使用了PI控制后，如果存在静态误差，输出始终达不到设定值，这时积分项的误差累积值会越来越大,这个累积值乘上Ki 后会在输出的比重中越占越多，使输出u(t)越来越大，最终达到消除静态误差的目的PI两个结合使用的情况下，我们的调整方式如下：1、先将I值设为0,将P值放至比较大，当出现稳定振荡时，我们再减小P值直到P值不振荡或者振荡很小为止（术语叫临界振荡状态)，在有些情况下，我们还可以在些P值的基础上再加大一点。
PID控制算法
PID （Proportional Integral Differential ）控制是比例、积分、微分控制的简称。
在自动控制领域中，PID 控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。
PID 控制器的原理是根据系统的被调量实测值与设定值之间的偏差，利用偏差的比例、积分、微分三个环节的不同组合计算出对广义被控对象的控制量。
图1是常规PID 控制系统的原理图。
其中虚线框内的部分是PID 控制器，其输入为设定值)(t r 与被调量实测值)(t y 构成的控制偏差信号)(t e :)(t e =)(t r -)(t y (1)其输出为该偏差信号的比例、积分、微分的线性组合，也即PID 控制律：])()(1)([)(0⎰++=tDIP dtt de T dt t e T t e K t u (2)式中，P K 为比例系数；D T 为积分时间常数；D T 为微分时间常数。
根据被控对象动态特性和控制要求的不同，式(2)中还可以只包含比例和积分的PI 调节或者只包含比例微分的PD 调节。
下面主要讨论PID 控制的特点及其对控制过程的影响、数字PID 控制策略的实现和改进，以及数字PID 控制系统的设计和控制参数的整定等问题。
1．PID 控制规律的特点 （1）比例控制器比例控制器是最简单的控制器，其控制规律为0)()(u t e K t u P += (3)式中，Kp 为比例系数；0u 为控制量的初值，也就是在启动控制系统时的控制量。
图2所示是比例控制器对单位阶跃输入的阶跃响应。
由图2可以看到，比例控制器对于偏差是及时反应的，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用使被控量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数Kp 。
图2 比例控制器的阶跃响应比例控制器虽然简单快速，但对于具有自平衡性（即系统阶跃响应终值为一有限值）的被控对象存在静差。
加大比例系数Kp 虽然可以减小静差，但当Kp 过大时，动态性能会变差，会引起被控量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。
常规PID控制规律
一、常规PID控制规律常规PID控制即比例-积分-微分控制规律。
比例调节作用是最基本的调节作用，使“长劲”，比例作用贯彻于整个调节过程之中；积分和微分作用为辅助调节作用。
积分作用则体现在调节过节过程的后期，用以消除静态偏差，使“后劲”；微分作用则体现在调节过程的初期，使“前劲”。
4. PID(比例-积分-微分)控制特点(1) 缺点不适用于有大时间滞后的控制对象，参数变化较大甚至结构也变化的控制对象，以及系统复杂、环境复杂、控制性能要求高的场合。
(2) 优点:●PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，而且其配置几乎最优。
比例(P)代表了当前的信息，起纠正偏差的作用，使过程反应迅速。
微分(D)在信号变化时有超前控制作用，代表了将来的信息。
在过程开始时强迫过程进行，过程结束时减小超调，克服振荡，提高系统的稳定性，加快系统的过渡过程。
积分(I)代表了过去积累的信息，它能消除静差，改善系统静态特性。
此三作用配合得当，可使动态过程快速、平稳、准确，收到良好的效果。
●PID控制适应性好，有较强鲁棒性。
●PID算法简单明了，形成了完整的设计和参数调整方法,很容易为工程技术人员所掌握。
●许多工业控制回路比较简单，控制的快速性和精度要求不是很高，特别是对于那些l～2阶的系统，PID控制已能得到满意的结果。
●PID控制根据不同的要求，针对自身的缺陷进行了不少改进，形成了一系列改进的PID 算法。
2．调节器的参数整定就是合理地设置调节器的各个参数，在热工生产过程中，通常要求控制系统具有一定的稳定裕量，即要求过程有一定的衰减率ψ；在这一前提下，要求调节过程有一定的快速性和准确性，换言之稳定性是首要的。
所谓准确性就是要求控制过程的动态偏差（以超调量MP表示）和静态偏差（ess）尽量地小，而快速性则是要求控制过程的时间尽可能地短。
控制系统参数整定有理论计算方法、工程整定方法。
热工系统的主要控制方式一.反馈控制反馈控制是根据被调量与给定值的偏差值来控制的。
pid控制规律及特点
pid控制规律及特点PID控制是自动控制系统中最为常见的一种控制方式，PID控制器是根据被控量的误差、误差的变化率和误差的积分来计算和输出控制信号的。
一、PID控制规律1.比例控制规律比例控制是指控制器的输出与误差信号成比例关系，控制对象按比例接受相应的控制作用。
比例增益Kp越大，控制器给出的控制量就会越强，但是过大的比例增益会导致系统的超调量过大，产生震荡现象。
2.积分控制规律积分控制是指当误差信号存在时，控制器的输出随着时间的增加而不断积累。
积分控制能够消除系统的静态误差，但是过大的积分增益会导致系统的超调量增大，产生震荡现象。
3.微分控制规律微分控制是指当误差变化快时，控制器的输出也相应地变化快，从而能够抑制系统的振荡。
微分增益Kd的增大能够提高系统的稳定性，但是过大的微分增益会导致系统的噪声增大，产生震荡现象。
二、PID控制特点1.适用范围广PID控制器是一种通用的自动控制器，适用于各类工业控制系统，如温度控制、压力控制、流量控制、速度控制等，具有广泛的应用前景。
2.控制效果稳定PID控制器能够根据误差的大小、变化率和积分来计算和输出控制信号，能够确保控制效果稳定，提高系统的精度和稳定性。
3.参数设置简单PID控制器只需要设置比例增益Kp、积分增益Ki和微分增益Kd三个参数，参数设置比较简单，并且可以根据实际情况进行调整，方便实际应用。
4.易于实现PID控制器的计算量较小，可以使用微处理器等单片机实现，同时可根据实际需求进行优化，提高实现效率。
5.存在超调和震荡虽然PID控制器能够提高系统的精度和稳定性，但在控制过程中往往会存在超调和震荡现象，这需要在实际应用中进行调整并采取相应的措施来解决。
6.对参数变化敏感PID控制器的控制效果受到控制对象的参数变化影响比较大，如参数变化频繁，需要对PID参数进行实时调整，以保持控制效果稳定。
综上所述，PID控制器是自动控制系统中最为常见的一种控制方式，具有适用范围广、控制效果稳定、参数设置简单、易于实现等特点，但同时也存在超调和震荡现象，且对参数变化敏感，需要在实际应用中进行调整以获取良好的控制效果。
PID控制规律
PID控制规律自动控制离不开PID控制规律，它是适用性最强、应用最广泛的一种控制规律。
其本质是对偏差e进行比例、积分和微分的综合运算，使调节器产生一个能使偏差至零或很小值的控制信号u(t)。
所谓调节器的控制规律就是指调节器的输入e(t)与u(t)输出的关系，即（1）在生产过程常规控制系统中，应用的基本控制规律主要有位式控制、比例控制、积分控制和微分控制。
本课程主要讲解比例控制、积分控制和微分控制，由于运算方法不同，对控制系统的影响就不一样。
这里首先分析一下比例控制规律的作用。
1、比例控制规律比例控制规律(P)可以用下列数学式来表示：△u=Kce（2）式中△u——控制器输出变化量；e——控制器的输入，即偏差；Kc一一控制器的比例增益或比例放大系数。
由上式可以看出，比例控制器的输出变化量与输入偏差成正比，在时间上是没有延滞的。
或者说，比例控制器的输出是与输入一一对应的。
如图2所示。
当输入为一阶跃信号时，比例控制器的输入输出特性如图3所示。
比例放大系数Kc是可调的。
所以比例控制器实际上是一个放大系数可调的放大器。
Kc愈大，在同样的偏差输入时，控制器的输出愈大，因此比例控制作用愈强；反之，Kc值愈小，表示比例控制作用愈弱。
3、积分控制当控制器的输出变化量△u与输入偏差e的积分成比例时，就是积分控制规律（I）。
其数学表达式为：——（6）式中 KI——积分比例系数。
积分控制作用的特性可以用阶跃输入下的输出来说明。
当控制器的输入偏差是一幅值为A的阶跃信号时，式（6)就可写为——（7）由式（7）可以画出在阶跃输入作用下的输出变化曲线(图5)。
从图5可看出：当积分控制器的输入是一常数A时，输出是一直线，其斜率为KIA，KI的大小与积分速度有关。
从图中还可以看出，只要偏差存在，积分控制器的输出随着时间不断增大(或减小)。
从图5可以看出，积分控制器输出的变化速度与偏差成正比。
这就说明了积分控制规律的特点是：只要偏差存在，控制器的输出就会变化，执行器就要动作，系统就不可能稳定。
PID控制器比例、积分、微分控制规律优缺点及适用场合
PID控制器比例、积分、微分控制规律优缺点及适用场合综合了比例、积分和微分控制规律，在本文总结了各种控制规律的特点及使用场合，供大家比较使用。
P控制规律比例控制的输出信号与输入偏差成比例关系。
偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用以减小偏差，是最基本的控制规律。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
I控制规律对于一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个系统是有差系统。
为了消除稳态误差，必须引入积分控制规律。
积分作用是对偏差进行积分，随着时间的增加，积分输出会增大，使稳态误差进一步减小，直到偏差为零，才不再继续增加。
因此，采用积分控制规律的主要目的就是使系统无稳态误差，提高系统的准确度。
积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。
由于积分引入了相位滞后，使系统稳定性变差。
因此，积分控制一般不单独使用，通常结合比例控制构成比例积分(PI)控制器。
D控制规律在微分控制中，控制器的输出与输入偏差信号的微分(即偏差的变化率)成正比关系。
可减小超调量，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。
微分控制反映偏差的变化率，只有当偏差随时间变化时，微分控制才会对系统起作用，而对无变化或缓慢变化的对象不起作用。
因此微分控制在任何情况下不能单独与被控制对象串联使用。
需要说明的是，对于一台实际的PID控制器，如果把微分时间TD调到零，就成为一台比例积分控制器；如果报积分时间TI放大到最大，就成了一台比例微分控制器；如果把微分时间调到零，同时把积分时间放到最大，就成了一台纯比例控制器。
由于PID控制规律综合了比例、积分、微分三种控制规律的优点，具有较好的控制性能，因而应用范围更广。
PID控制器可以调整的参数是KP、TI、TD。
适当选取这三个参数的数值，可以获得较好的控制质量，实际应用过程中很多工程技术人员对PID参数整定不是很理想，这是应选择自整定功能强和控制算法先进的，方便获得最佳的PID参数。
PID控制原理和形式
PID控制原理和形式
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3.1概述
—交流—
• 概念：系统偏差旳百分比(Proportional)、 积分(Integral)和微分(Derivative)旳综合控 制，简称PID控制
• 特点：算法简朴、鲁棒性强和可靠性高
• 发展：气动->电动->电子->数字
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控制器百分比作用参数对系统性能旳
影响
P(t) K Pe(t)
1）动态影响
– 百分比系数Kp加大，使系统旳动作敏捷，速 度加紧，振荡次数增多，调整时间变长。当 Kp太大时，系统会趋于不稳定。若Kp太小， 又会使系统旳响应动作变化缓慢。
2）稳态影响
– 加大百分比系数Kp，在系统稳定旳情况下， 能够减小稳态误差，提升控制精度，却不能 完全消除稳态误差。
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（二)百分比调整(P调整)
➢⑴百分比调整器旳调整规律 ➢⑵百分比调整器旳静态偏差 ➢⑶百分比调整器旳特点
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⑴百分比调整器旳调整规律
输出信号与输入信号成百分比旳调整器称为百分
比调整器，简称P调整器。其调整规律为：
P(t) K Pe(t)
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（三）百分比积分调整(PI调整)
➢⑴积分调整器旳调整规律 ➢⑵百分比积分调整器旳调整规律 ➢⑶百分比积分调整器旳特点
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⑴积分调整器旳调整规律
①输出信号与输人信号成积分关系旳调整器称为
PID常用口诀总结
电子知识PID(169)1.PID常用口诀: 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，曲线振荡很频繁，比例度盘要放大，曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳，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，理想曲线两个波，前高后低4比1，一看二调多分析，调节质量不会低2.PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s压力P: P=30~70%,T=24~180s,液位L: P=20~80%,T=60~300s,流量L: P=40~100%,T=6~60s。
3.PID控制的原理和特点在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。
PID 控制，实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例(P)控制比例控制是一种最简单的控制方式。
其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。
积分(I)控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(System with Steady-state Error)。
PID控制器的运算规律和构成方式二
具有比例微分控制规律的 控制器称为PD控制器。对 PID控制器而言，当积分时 间TI→∞时，控制器呈PD 控制特性。 理想PD控制器的特性 理想PD控制器输出与输 入的关系式为：
0
ε
ε=at
0
t
∆yP=Kpa t ∆yD=KpaTD TD
∆y
t
d y K P ( TD ) dt
0
t
∆y
KP KD
yD KP ( KD 1)
yP KP
0
图1-6 实际PD控制器的 阶跃响应特性
t
> 微分增益KD
在阶跃偏差信号作用下，实际PD输出变化的初始值 与最终值（即比例输出值）之比：
y (0) y ( )
KD
KD愈大，微分作用愈趋于理想
> 微分时间TD
微分输出的大小与偏差变化速度和微分时间成正比，微 分时间越长，微分作用就越强。 ∆y 微分时间TD 的测定
(1) PD控制规律。 (2) 由题意得：
K A2 C KC A( K D 1) 8 K D 1 TD
解之得：KC=2，KD=5，TD=5。
(3)开环输出特性曲线：
因为
KCA=2，KCKDA=10
Δ u(t) 10
所以 曲线如右图所示
2 O t
基本控制规律的实现方法-无源RC电路
（3）微分时间TD对系统过渡过程的影响
•适当的微分作用： 在负荷变化剧烈、扰动幅度较大或过程容量滞后较大 的系统中，适当引入微分作用，可在一定程度上提高 系统的控制质量。当被控变量一有变化时，根据变化 趋势适当加大控制器的输出信号，将有利于克服扰动 对被控变量的影响，抑制偏差的增长，从而提高系统 的稳定性。
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一、常规PID控制规律常规PID控制即比例-积分-微分控制规律。
比例调节作用是最基本的调节作用，使长劲”比例作用贯彻于整个调节过程之中；积分和微分作用为辅助调节作用。
积分作用则体现在调节过节过程的后期，用以消除静态偏差，使后劲”微分作用则体现在调节过程的初期，使前劲”。
4. PID（比例-积分-微分）控制特点（1）缺点不适用于有大时间滞后的控制对象，参数变化较大甚至结构也变化的控制对象，以及系统复杂、环境复杂、控制性能要求高的场合。
（2）优点:• PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，而且其配置几乎最优。
比例（P）代表了当前的信息，起纠正偏差的作用，使过程反应迅速。
微分（D）在信号变化时有超前控制作用，代表了将来的信息。
在过程开始时强迫过程进行，过程结束时减小超调，克服振荡，提高系统的稳定性，加快系统的过渡过程。
积分⑴代表了过去积累的信息，它能消除静差，改善系统静态特性。
此三作用配合得当，可使动态过程快速、平稳、准确，收到良好的效果。
•PID控制适应性好，有较强鲁棒性。
• PID算法简单明了，形成了完整的设计和参数调整方法，很容易为工程技术人员所掌握。
•许多工业控制回路比较简单，控制的快速性和精度要求不是很高，特别是对于那些I〜2阶的系统，PID控制已能得到满意的结果。
•PID控制根据不同的要求，针对自身的缺陷进行了不少改进，形成了一系列改进的PID 算法。
2.调节器的参数整定就是合理地设置调节器的各个参数，在热工生产过程中，通常要求控制系统具有一定的稳定裕量，即要求过程有一定的衰减率® ;在这一前提下，要求调节过程有一定的快速性和准确性，换言之稳定性是首要的。
所谓准确性就是要求控制过程的动态偏差（以超调量MP表示）和静态偏差（esS尽量地小，而快速性则是要求控制过程的时间尽可能地短。
控制系统参数整定有理论计算方法、工程整定方法。
热工系统的主要控制方式一•反馈控制反馈控制是根据被调量与给定值的偏差值来控制的。
反馈控制的特点是必须在被调量与给定值的偏差出现后，调节器才能对其进行调节来补偿干扰对被调量的影响。
如果干扰已经发生，而被调参数还未变化时，调节器是不会动作的。
即反馈控制总是落后于干扰作用。
因此称之为不及时控制”反馈控制方案的本身决定了无法将干扰对被控量的影响克服在被控量偏离设定值之前，从而限制了这类控制系统控制质量的进一步提咼。
二•前馈控制考虑到偏差产生的直接原因是干扰作用的结果，如果直接按扰动而不是按偏差进行控制，也就是说，当干扰一出现调节器就直接根据检测到的干扰大小和方向按一定规律去进行控制。
由于干扰发生后被控量还未显示出变化之前，调节器就产生了控制作用，这在理论上就可以把偏差彻底消除。
按照这种理论构成的控制系统称为前馈控制系统，显然，前馈控制对于干扰的克服要比反馈控制系统及时得多三、复合控制工程实际中，为克服前馈控制的局限性从而提高控制质量，对一两个主要扰动采取前馈补偿，而对其它引起被调参数变化的干扰采用反馈控制来克服。
以这种形式组成的系统称为前馈一反馈复合控制系统。
前馈-反馈复合控制系统既能发挥前馈调节控制及时的优点，又能保持反馈控制对各种扰动因素都有抑制作用的长处，因此得到了广泛的应用。
四、串级控制主调节器的输出是副调节器的输入五、导前微分控制引入导前微分信号送入调节器六、比值控制在工业生产过程中，常需要保持两个变量（通常指流量）成比例变化。
三、控制系统的评价稳定性、准确性、快速性1.稳定性指控制系统在受到干扰作用后，系统的平衡被破坏，在控制设备的控制作用下，控制系统能恢复到一个新的平衡状态，称为稳定的控制系统。
稳定的控制系统的被控参数和控制参数的过渡过程曲线最后趋于平衡；不稳定的控制系统过渡过程曲线则是渐扩的，无法恢复平衡2、准确性指被控参数的实际值与给定值之间的动态偏差和静态偏差。
最大动态偏差是指整个过渡过程中被控参数偏离给定值的最大差值；静态偏差是过渡过程结束后被控参数与给定值之间的差值。
现场中希望两个偏差越小越好。
3、快速性指过渡过程的持续时间，即从干扰发生起至被控参数又建立新的平衡状态为止的过渡时间。
一般认为被控参数进入偏离给定值范围内就基本稳定了。
当然，过渡时间越短，控制过程进行的就越快，系统品质也就越好。
单元机组协调控制系统把锅炉和汽轮发电机组作为一个整体进行控制，采用了递阶控制系统结构，把自动调节、逻辑控制、联锁保护等功能有机地结合在一起，构成一种具有多种控制功能，满足不同运行方式和不同工况下控制要求的综合控制系统。
锅炉燃料控制系统，风量控制系统，汽轮机功率/频率调节系统，以及直流锅炉的给水控制系统。
一、单元机组的运行方式单元机组的运行方式有定压运行和滑压运行两种。
定压运行是指无论机组负荷怎样变动，始终维持主蒸汽压力以及主蒸汽温度为额定值，通过改变汽轮机调节汽门的开度，改变机组的输出功率。
滑压运行则是始终保持汽轮机调节汽门全开，在维持主蒸汽温度恒定的同时，通过改变主蒸汽压力改变机组的输出功率。
滑压运行方式具有以下主要特点：（1）汽轮机调节汽门保持近似全开将会使进汽节流损失降低。
（2）在部分负荷下，主蒸汽和再热蒸汽的压力降低，容易保持蒸汽温度不变。
可获得较高的循环效率。
（3）部分负荷下给水泵的功耗比定压运行时减小（4）调峰停机后再启动快，降低了启动损耗（5）负荷越低，滑压运行的经济性越显著1、滑压运行方式单元机组在滑压运行方式下，保持主汽门和调节汽门全开。
外界负荷需求变化时，通过调节锅炉的燃料、风量、给水以及相应的输入量，改变锅炉的蒸发量，进而改变汽轮机的进汽压力，在维持汽温为额定值的前提下，使进入汽轮机蒸汽的能量改变，使汽轮发电机组的输出功率适应外界负荷的需求。
2、定压运行方式定压运行方式的基本特征是机组负荷在任何稳定工况下，均保持主蒸汽压力和温度为额定值。
定压运行机组的运行方式有机跟炉、炉跟机和机炉协调三种方式。
3、联合运行方式4、调频运行方式一、炉跟机控制系统基本点：汽轮机为基础，锅炉跟随的负荷控制方式，简称炉跟机方式；机接受负荷指令，负责调节功率，具有较好的负荷响应能力；炉负责调节汽压，维持汽压的稳定，由于锅炉动态响应慢，动态过程中汽压波动大；因机炉间的相互影响，燃料扰动（如增加）时压力、功率都有变动（上升），而为保持原有功率，汽轮机调节汽门要动作(关小)，更使压力有所波动(增加)。
二、机跟炉控制系统基本点：锅炉为基础，汽轮机跟随的负荷控制方式，简称机跟炉方式；机跟炉方式：炉接受负荷指令，负责调节功率，负荷响应能力差，不仅不能利用锅炉蓄能，负荷增加时，还要先向锅炉附加蓄能，要先提高汽包压力；因机炉间的相互影响，燃料扰动时，机组功率波动也大，如燃料增加时，功率、汽压都上升，要保持原有汽压，汽轮机调节汽门开大，会使功率更为增加，对燃煤机组来说这个缺点比较突出。
单纯的汽轮机跟踪运行方式对电网干扰较大，不利于电网周波的稳定；但因汽轮机调压的动态响应比锅炉调压快，不论负荷变化或燃料扰动，汽压波动都小，有利于机组本身运行参数的稳定。
三、协调控制系统协调控制方式就是一种较好地解决机组的负荷适应性与运行稳定性这一对矛盾的运行方式。
协调控制系统的一个重要设计思想，就在于蓄能的合理利用和补偿：1)充分利用锅炉的蓄能，又要相应限制这种利用；2)补偿蓄能，动态超调锅炉的能量输入。
协调控制系统的一个关键控制策略，在于尽可能减少和消除锅炉、汽轮机动作间的相互影响，采用扰动补偿、自治或解耦的控制原则。
扰动应由扰动侧的控制回路自行快速消除，而非扰动侧的控制回路应少动或不动，以利于动态过程的稳定。
主控系统由负荷指令处理回路和机、炉主控制器两部分组成。
2、频差校正并网运行的火力发电机机组在电网频率变化时，其自身的电液调速系统会使机组自动改变一部分负荷，以减小电网频率的波动，这是机组的一次调频能力。
4•负荷指令的闭锁增/闭锁减(BI/BD)机组在实际运行过程中，一些不明原因可能造成执行机构工作到极限状态，为防止事故的发生，必须对负荷指令进行方向闭锁。
5•负荷指令的迫降/迫升(RD/RU)如果在系统发生闭锁增或闭锁减的过程中，同时出现某些重要参数偏差大并超过设定的限值，为保证机组的安全运行，还必须将机组的负荷迫降或迫升到与其自身允许出力相适应的水平上运行控制器输入信号有：机组实际负荷指令(ULD)，机组实发电功率(MW)，机前压力(Turottle PressurepT，压力设定值Ps,第一级压力(First Stage Pressurepl，以及汽包压力(Drum Pressure) Pb。
控制器输出信号是：汽机指令(TURB Demand)TD和锅炉指令(BLR Dema nd)BD。
主控系统的运行方式(即控制策略)有以下几种：(1)手动方式；(2)汽机跟随方式(TF) ；(3)锅炉跟随方式(BF) ；(4)机、炉协调方式(COORD)。
2、机、炉协调控制方式(COORD该协调控制策略采用了直接能量平衡原理、炉跟机的控制方式、非线性元件的单向解耦，因而使系统具有较好的控制品质1•锅炉跟随控制方式但F)机侧控制器均处于跟踪状态，汽机控制由运行人员通过汽机主站手动控制；炉侧可由运行人员选择CCS1或DEB两种结构。
2•汽机跟随控制方式(TF)当锅炉子控制系统中燃料操作器(A/M1)和送风操作器(A/M2)在手动控制，而汽机主站于自动工况时，系统运行在汽机跟随控制方式四、机、炉手动控制方式当汽机主站、炉侧燃料、送风均在手动时，机组运行在机、炉分别手动控制方式自动控制系统可以由以下几个部分组成：测量变送器：用来测量被调量，并把被调量转换为与之成比例的某种便于传递和综合的信号。
给定元件：用来设置被调量的给定值或与该给定值对应的电信号。
调节器：接受被调量信号和给定值比较后的偏差信号，输出一定规律的控制指令给执行器执行器：根据调节器送来的控制指令去推动调节机构，改变调节量。
调节机构：接受控制作用去改变调节量变化的具体设备。
控制对象：被控制的热工生产过程或设备。
被调量：表征热工过程是否符合规定工况的物理量。
扰动：生产过程中引起被调量偏离给定值的各种因素。
调节量：由控制作用来改变并去控制被调量变化的物理量。
1．维持蒸汽压力稳定2．保证燃烧过程的经济性3．维持炉膛压力稳定三个被控参数（被调量）（即蒸汽压力、过剩空气系数或最佳含氧量、炉膛压力）与三个调节量（即燃料量、送风量、引风量）燃料量是如何表示的？1采用燃水比例信号代替燃料量信号， 2 采用调速级蒸汽压力信号代替燃料量信号 3 对于燃煤锅炉，可采用热量信号代替燃料量信号，反映燃料量的自发扰动。
燃水比控制方案（1）方案一以燃料调节器作为负荷调节器，而以给水调节器作为汽温粗调。