第六章机电一体化系统的控制技术

不能消除稳态误差——静差
U s G s Kp E s
2018年10月11日星期四 Design of Mechatronical Systems
1. 比例控制作用
在不同的负荷下，被控参数H 的稳态值是不同的， 高负荷对应着较低水位，低负荷对应着较高水位。 比例度
1 KP 100% b / a 100%
被控参数全量程
xmax xmin 100% umax umin
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调节器输出信号 全量程
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1. 比例控制作用
图6.4 比例度对控制过程的影响
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2. 积分控制作用
水位偏离给定水位越大
油缸上下腔压差越大
调节阀移动速度就越快 符合积分动作规律
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2. 积分控制作用
H最大→e最大， B点处，阀门 开速u(t)最快
du t KI e t dt
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3. 比例积分控制作用
PI 控制的动作规律是比例作用和积分作用两者的 综合，即
uPI uP uI 1e t K I e t dt 1 e t TI1 e t dt
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2. 积分控制作用
KI 值越大， 积分作用越强 TI 值越小， 积分作用越强
1 u K I e t dt K I e t dt K I e t1 t0 K I e t t ＝ e t t t0 TI
6.1.1 PID 控制的基本原理
1. 2. 3. 4. 5. 比例控制作用 积分控制作用 比例积分控制作用 微分控制作用 比例积分微分控制作用
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1. 比例控制作用
比例控制
u t K pe t
第 6 章 机电一体化系统的 控制技术
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第六章 机电一体化系统的控制技术
6.1 常规数字PID控制算法
6.2 数字PID的改进算法
6.3 数字PID参数整定
6.4* 机电一体化系统的智能技术 思考题与习题
2018年10月11日星期四
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1. 比例控制作用
比例度δ 的物理意义
当输出信号作全量程范围变化时，所需输入信号做全量程 范围变化的百分数。 也就是说，调节器从全关到全开时，被控参数需要改变全 量程范围的百分数为比例度，其表达式为


TI K I
K I TI
1
积分时间TI：
1
因受比例度δ的影响，又称重定时间， 或再调时间。
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3. 比例积分控制作用
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t
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2. 积分控制作用
积分超调的原因： （1）直接原因 积分调节器的积分作用不及时，控制过程缓慢， 且波动会加大，从而导致系统不易稳定。 （2）根本原因 是因为积分控制过程中只考虑被控参数（H）变 化的大小和方向，不考虑被控参数（H）变化速 度的大小（变化快慢）和方向。
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第六章 机电一体化系统的控制技术
6.1 常规数字PID控制算法
6.1.1 PID 控制的基本原理
6.1.2 数字 PID 算法
6.1.3 数字 PID 控制器的实现
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Kp 为控制器的比例系数
作用： 能迅速反映误差，从而减小误差，但不能消除稳态误差， 比例系数的加大，会引起系统的不稳定。
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1Leabharlann Baidu 比例控制作用
a u a K p或 u e K p e b e b
阀门开度减小 阀门开度增大
u K I e t dt
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2. 积分控制作用
理应关小调节阀， 与实际一致 理应开大调节阀， 与实际相反 导致e反向变化加剧 系统振荡超调。
u 积分能消除稳态误差， 但其滞后作用也会导致 振荡，超调增大。
2. 积分控制作用
du t KI e t dt
u K I e t dt
KI：积分速度，越大，则积分作用越强。
TI＝1/KI：积分时间。
积分作用：
积分控制能消除静差，但作用不及时（滞后），波动大 （振荡），甚至出现超调现象。
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t1 面积 面积
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2. 积分控制作用
比例控制动作及时，但是有静差； 积分控制虽能消除静差，但又容易使控制过程产 生振荡，且时间长，被控参数波动幅度也较大。 在实际应用中总是将它们结合起来，取其所长， 组成一个以比例控制为主、积分控制为辅（主要 用来消除静差）的调节器，这样，既能控制及时， 又无静差。