自动控制系统的典型控制方法

3.5 比例积分微分控制
控制规则的确定是控制器设计的核心
❖⑴ 比例控制 ❖⑵ 比例+积分控制 ❖⑶ 比例+微分控制
在实际的自动控制系统中，为保持系统具有 良好的动态特性和静态特性，往往使控制器同时 具有比例、微分、积分控制作用，构成比例+积 分+微分控制，或称为P（比例）I（积分）D （微分）控制。
给定
输入 误差
控制量
控制器
执行机构
－
反馈信号
检测装置
输出
受控对象
❖ PID: Proportional-Integrel-Derivative （比例-积分-微分）
控制系统的输出变化情况与控制系统的输入（无论是干 扰作用还是给定作用）变化情况有关。
R(t) 输入
系统Байду номын сангаас
Y(t) 输出
Y(t)=F(R(t))
系统的输入变化是系统输出变化外部因素，系统本身特 性才是系统输出变化的内在因素。
3.1.1 自动控制系统的数学模型
描述控制系统输出、输入及内部各变量之间相互关系的
给定
输入 误差
控制量
控制器
执行机构
－
反馈信号
检测装置
输出
受控对象
❖ 按负反馈原理组成的闭环控制系统才是真正意 义上的自动控制系统，反馈控制是自动控制最 基本的形式，自动控制理论主要就是围绕反馈 控制来研究自动控制系统的。
3.4.2 扰动控制
扰动控制是一种开环控制，无法检测控制效果，因 此在工业生产中是不能单独使用的一般它和反馈控制一 起使用。另外它只能在动可以测量的情况下采用，而且 一个补偿装置只能补偿一种与之相对应的扰动。对于其 它扰动未必能起补偿作用。
⑸ 制定大型设备启动和停车的操作方案。
3.1.3 数学模型的表达形式
❖ ⒈按控制系统的连续性分为连续系统模型和离散系统模 型。
❖ ⒉按模型的结构分为输入输出模型和状态空间模型。 ❖ ⒊输入、输出模型分为时域表达形式和复数域表达形式。
❖ ⑴时域表达形式分为微分方程、差分方程和状态方程。 ❖ ⑵复数域表达形式分为传递函数、动态结构图
3.3自动控制系统设计与实现
⒈确定控制目标 ⒉选择测量参数(被调量) ⒊操作变量的选择 ⒋控制方案的确定 ⒌选择控制算法 ⒍执行器的选择 ⒎设计报警和联锁保护系统 ⒏控制系统的调试和投运
3.4 反馈控制和扰动控制
3.4.1 反馈控制
自动控制最基本的形式，将被控量测量出来，反 馈至控制系统的输入端与给定信号进行比较得出偏差 信号，然后根据偏差对被控对象实施有效控制，达到 消除或减少偏差的目的。
数学表达式，称为控制系统的数学模型。
自控制系统的数学模型是对自控制系统的行为规律的一 种数学描述,它反映了控制系统本身的特性。
3.1.2 建立控制系统数学模型的目的
❖ 建立数学模型目的是为了实现某种控制目标。
⑴ 制定工业生产过程优化操作方案。 ⑵ 制定控制系统的设计方案，为此，有时需要利用数学模
型进行仿真研究。 ⑶ 进行控制系统的调试和调节器参数的整定。 ⑷ 设计工业生产过程的故障检测与诊断系统。
⒋按控制系统的元件特性分为非线性系统模型和线性系 统模型。 ❖ ⒌按系统参数变化分为定常系统模型和时变系统模型。
3.1.4 建立数学模型的方法
❖ 1.机理分析法
❖ 对系统各部分的运动机理进行分析，并根据它们所依 据的物理规律或化学规律，分别列出描写这些变化规 律的相应的运动方程，经过整理，从中获得所需的数 学模型。
3.2.3 自动控制系统的性能指标
⒈单项性能指标
⑴衰减比η ⑵最大（动态）偏差和超调量 ⑶稳态误差 ⑷调节时间
❖ ⒉综合指标 ❖ ⑴ 积分型指标： ➢ ①误差平方的积分(ISE) ➢ ②时间乘误差平方积分(ITSE) ➢ ③误差绝对值积分(IAE) ➢ ④时间乘误差绝对值的积分(ITAE) ➢ ⑤加权二次型性能指标 ❖ ⑵ 末值型指标 ❖ ⑶ 复合型指标
当自动控制系统受到各种干扰(扰动)或人为要求给定 值(参考输入)改变时，被控量就会发生变化，偏离给定值。 通过系统的自动控制作用，被控量恢复到原来的稳态值 或稳定到一个新的给定值，即处于平衡状态，称为静态 或稳态。系统从原来的平衡状态过渡到一个新的平衡状 态的过程，称为过渡过程或动态过程。
自动控制系统动态过程常见形式：
❖ 2.实验辨识法
❖ 实验辨识法是人为地给系统施加某种测试信号，记录 其输出响应，取得必要的数据，经过某种数学处理后 得到的数学模型。
3.1.5 对数学模型的要求
❖ 作为数学模型，首先要求它准确可靠，但并不意味着越 准确越好应根据实际应用的情况提出适当的要求，超过 实际需要的准确性要求必然造成不必要的浪费。
一般说来，用于控制的数学模型并不要求非常准确。闭 环系统本身具有一定的鲁棒性，因为模型的误差可以视 为干扰，而闭环系统在某种程度上具有自动消除干扰影 响的能力。
3.2 自动控制系统的过渡过程及其性能指标
3.2.1 自动控制系统的过渡过程
研究自动控制系统的过渡过程对设计、分析整定和 改进控制系统，具有重要的意义。它直接表示控制系统 质量的好坏，与工业生产中的安全及产品产量、质量有 着密切相关的联系。
第3章 自动控制系统的典型控制方法
自动化教研室
3.1 控制系统与数学模型 3.2 自动控制系统的过渡过程及其性能指标 3.3 自动控制系统设计与实现 3.4 反馈控制和扰动控制 3.5 比例积分微分控制 3.6 非线性系统的控制 3.7 最优控制 3.8 自适应控制 3.9 智能控制
自动控制理论
⑴单调收敛过程
⑵单调发散过程
⑶衰减振荡过程
⑷等幅振荡过程
⑸发散振荡过程
3.2.2 对自动控制系统的基本性能要求
⑴ 稳定性 与稳定性相关，还可以用平稳性来衡量一个
控制系统过渡过程的好坏。 ⑵ 快速性 ⑶ 准确性
对自动控制系统的研究(包括分析、综合)就 是从动态、静态两方面围绕上面三个特性进行 的。
自动控制理论从三个方面对自动控制系统进行研究和阐述：
⑴ 系统的模型 ⑵ 系统的分析 ⑶ 控制系统的综合
自动控制理论在不同时期针对不同的实际问题，提出了 不同的解决控制问题的方法，从而形成了不同特色的理 论和技术体系
(1)经典控制理论 (2)现代控制理论 (3)大系统理论和智能控制技术
3.1 控制系统与数学模型