比例积分微分控制及其调节过程(1)

三.积分速度对于调节过程的影响
—过——程集计控散算制控机工制控程系制—统系—统—
积分速度 S0
稳定性变差，系统反应变快 最大偏差A变小 ↓
• 下面，我们以一个例题来说明积分速度对控制
系统的影响。已知，单位负反馈的开环传递函
数为：
Gp
(s)
s
2
400 17s
67
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调节器正反作用的定义
—过——程集计控散算制控机工制控程系制—统系—统—
正作用方式是指调节器的输出信号u(t)随着 被调量y(t)的增大而增大。
• 反作用方式是指调节器的输出信号u(t)随着 被调量y(t)的增大而减小。
• 注意：由于仪表的偏差e(t)=y(t)-r(t),所以调 节器为正作用方式时，Kc为负。
度改变100%即从全关到全开时所需要的被调量
的变化范围。
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—过——程集计控散算制控机工制控程系制—统系—统—
二.比例调节的特点，有差调节 比例调节的显著特点就是有差调节。
• 负荷：指物料流或能量流的大小。
蒸汽D
C
T
B A A O
KP [20 30 32] 的仿真曲线
——过—集程计散控算控制机制工控系程制统—系—统—
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图2.5可以得出：
—过—程—集控计散制算控工机制程控系—制统系—统—
比例控制的优点：
反应快，控制及时。偏差越大，输出的控制 作用越强。
—过——程集计控散算制控机工制控程系制—统系—统—
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浙太江 原大工学业控学制院科电自学气动与工化工程系程系学系 P 与I调节过程的比较 —过——程集计控散算制控机工制控程系制—统系—统—
积分调节S0 0.8 比例调节K p 1
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——过—集程计散控算控制机制工控系程制统—系—统—
调节器正反作用的选择
调节器正反作用的选择原则：整个系统构成负 反馈系统。 调节器正反作用的选择方法：闭环回路上所有 环节的增益之乘积是正数。
反作用调节器
r(t) e(t)
Kc u(t)
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本节主要内容
—过——程集计控散算制控机工制控程系制—统系—统—
积分调节动作规律
积分调节的特点，无差调节 积分速度对于调节过程的影响
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一.积分调节动作规律
节器自身的输出作反馈，而是用其他相应的信号
作反馈以限制其积分作用的方法。
re
KC
u
—
y
b
1
f
TI s 1
图2.13积分动作由调节器输出通过 惯性 环节正反馈实现
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—过——程集计控散算制控机工制控程系制—统系—统—
r
e KC
—过—程集控散制控工制程系—统—
第四节 Unit 4
比例积分调节（PI调节）
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本节主要内容
—过——程集计控散算制控机工制控程系制—统系—统—
比例积分调节的动作规律
比例积分调节过程 积分饱和现象与抗积分饱和的措施
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—过—程集控散制控工制程系—统—
第二节 Unit 2
比例调节（P调节）
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本节主要内容
——过—集程计散控算控制机制工控系程制统—系—统—
比例调节的动作规律，比例带
比例调节的特点，有差调节 比例带对于调节过程的影响
Ei
0 输t出0 电压t阶1 跃响应
Eh 当Eo Eh ,开关S闭合。
t A8成为1： 1的反相器，Ea Ei
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太原工业学院电自气动工化程系系
—过—程集控散制控工制程系—统—
第五节 Unit 5
比例积分微分调节（PID调节）
Kv
K
y (t )
Km
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锅炉汽包水位的控制
——过—集程计散控算控制机制工控系程制统—系—统—
汽 包
省 煤 器
给 水
调 节 阀：气关阀 (—)
蒸汽
被控对象： （+）
测量变送器： （+）
结论：调节器为（—），即正作用 调节器
LC 分析：H↑→测量值Ym↑→（正作用调节 器）控制信号U↑→（气关阀）阀门开度 ↓→液位H↓
积分饱和现象的出现。
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—过——程集计控散算制控机工制控程系制—统系—统—
2.积分切除法
C2
A8 比例积分运算
C1
放大器，Ah为比 Ei
较放大器。
RI
+ A8
Eo
Ei
S
Ah +
Eh
0
Eo
Ei t
R1
R2
正常情况下，开关S断开，PI运算；
5)
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—过——程集计控散算制控机工制控程系制—统系—统—
应当注意：
PI调节是在稍微牺牲控制系统的动态品 质以换取较好的稳态性能。
在比例带不变下，TI 是控制系统稳定 性降低、振荡加剧、调节过程加快、振 荡频率升高。
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第一节 Unit 1
基本概念
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—过—程集控散制控工制程系—统—
3
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本节主要内容
PID控制的优点
负反馈控制的概念 调节器正反作用的选择
——过—集程计散控算控制机制工控系程制统—系—统—
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负反馈控制的概念
r(t) e(t)
y (t )
Gc (s)
D u(t)
Gd (s) GP (s)
——过—集程计散控算控制机制工控系程制统—系—统—
y (t )
图2.1生产过程简单控制系统方框图
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0
edt
或
0
edt
TI
冷水Q
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—过——程集计控散算制控机工制控程系制—统系—统—
• 下面，我们以一个例子来说明在比例带不变的情况下，减小积分时间 对控制系统的影响。
已知，单位负反
馈的开环传递函 数为：
G(s)
s(s2
1 6s
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PID控制的优点
——过—集程计散控算控制机制工控系程制统—系—统—
PID控制是比例积分微分控制的简称。 在生产过程自动控制的发展历程中，PID控制是 历史最久、生命力最强的基本控制方式。 PID 控制的优点： 1. 原理简单，使用方便。 2. 适应性强，可以广泛应用于化工、热工、冶金 、炼油以及造纸等各种生产部门。 3. 按PID控制进行工作的自动调节器已商品化。 4. 鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变 化不大敏感。
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——过—集程计散控算控制机制工控系程制统—系—统—
一.比例调节的动作规律，比例带
uK
式中
c
e K称c 为比例增益。
在过程控制中习惯用增益的倒数表示调节器输
入于输出之间的比例关系：
u
1
e
• 比例带的物理意义：如果 直u接代表调节阀开 度的变化量，那么比例带 就代表使调节阀开
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三.积分饱和现象与抗积分饱和的措施
积分饱和的概念 积分饱和产生的条件
/ C r
ຫໍສະໝຸດ Baidu
调节器具有积分控制规律
0
调节器输入偏差长期得不
u / MPa
0.14
t
到校正
0.10
•抗积分饱和的措施：
0
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二.比例积分调节过程
以下图中的热水加热器为例，分析PI调节过程的
进行情况。
1. 残差的消除是PI调节器
蒸汽D
积分动作的结果。
2. 假定以代表调节过程
C
结束后阀门开度的变化
量，则有
T
1
TI
du dt
S0e
t
u S0 edt
0
式中 S称0 为积分速度。
—过——程集计控散算制控机工制控程系制—统系—统—
二.积分调节的特点，无差调节
1. 只有 e(t) 0时， u(t) 常（数停止变化）； 2. u(t)可停止在任何数值上；
3. 稳定性比P调节差。
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即 cr Kcr
Kcr为对象临界稳定频率下的增益。
• 下面，我们以一个例题来说明比例带对控制系
统的影响。已知，单位负反馈的开环传递函数
为：
G(s)
s(s
2
KP 6s
5)
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——过—集程计散控算控制机制工控系程制统—系—统—
KP [0.4 0.8 1.2 1.6 2.0] 的仿真曲线
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KP [2 7 12 17] 的仿真曲线
——过—集程计散控算控制机制工控系程制统—系—统—
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0
Q1 Q0
冷水Q
0 A 0 100 100
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——过—集程计散控算控制机制工控系程制统—系—统—
三.比例带对于调节过程的影响
比例带 ↓
稳定性变差
稳态误差变小e(∞) ↓
• 临界稳定状态下的比例带为：
1
cr
K cr
1,
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—过程—控集制散工控程制—系统—
第二章
比例积分微分控制及其调节过程
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1
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本章主要内容
—过——程集计控散算制控机工制控程系制—统系—统—
基本概念
比例调节（P调节） 积分调节（I调节） 比例积分调节（PI调节） 比例积分微分调节（PID调节）
1. 外反馈法；
100
100
t
2. 积分切除法；
3. 限幅法。（是针对串级系 统来说，在第二篇讲）
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0 t0
t1 t2
33
t3 t
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—过——程集计控散算制控机工制控程系制—统系—统—
1.外反馈法:
在气动调节器和计算机上比较有效的办法是采用 外加积分反馈，即调节器在开环状态下不选用调
一般来说，若对象的滞后较小、时间常 数较大以及放大倍数较小时，控制器的比 例度可以学的小写，以提高系统的灵敏度 ，是反映快些，过渡过程曲线的形状好些 。反之，比例度大写意保证稳定。
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—过—程集控散制控工制程系—统—
第三节 Unit 3
积分调节（I调节）
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一.比例积分调节动作规律
—过——程集计控散算制控机工制控程系制—统系—统—
e
u
KC
e
S0
t
0
edt
或
u
1
(
e
1 TI
t
0
edt
)
TI可衡量几分部分在总输出中占 的比重： TI越小，积分部分所 占的比重越大。
0 u
e
e
0
TI
e t
t
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么么么么方面
Sds绝对是假的
——集计散算控机制控系制统系—统—
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积分作用对调节过程的影响
So=2 过大
So=0.8 适当 So=0.1 太小
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u
—
b
—
y
1 TI s 1
f
LS Sh HS ua K
（1）正常情况下，低选器 的输出为u, 即f=u, 则：
U
(s)
KC
(1
1 TI s
)
E
(
s)
PI调节作用
uq
间隙单元
uh
（2）非正常情况下，低选
器的输出为ua, 即f=ua, 则
U
(s)
KC
E(s)
TI
1 s
U 1
a
(s)
调节器切换成比例作用，防止了