比例积分微分控制及其调节过程(1)

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
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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—过——程集计控散算制控机工制控程系制—统系—统—
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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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。
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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—
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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—
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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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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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）
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—
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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
积分饱和现象的出现。
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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；
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。
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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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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
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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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
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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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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5)
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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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积分调节S0 0.8 比例调节K p 1
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0
Q1 Q0
冷水Q
0 A 0 100 100
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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,
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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第五节 Unit 5
比例积分微分调节（PID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—
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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