比例、积分、微分调节器
第三节调节器的调节规律及其实现方法
e0 te 0ut01e δ第三节 调节器的调节规律及其实现方法自动控制系统的调节质量取决于它的动态特性，即取决于组成控制系统的控制对象和调节设备的动态特性。
控制对象的动态特性一般是难以人为改变的。
所以，对于对象结构一定的控制系统，调节过程质量的好坏主要取决于控制系统的结构形式和调节器的动态特性。
调节器的动态特性也称为调节器的动作规律，是调节器的输入信号（一般为被调量的偏差信号）与输出信号（一般代表了执行机构的位置）之间的动态关系。
为了得到一个满意的调节过程，必须根据控制对象的动态特性确定控制系统的结构形式，选择调节器的动作规律，使自动控制系统有一个较好的动态特性。
一、调节器的调节规律1、比例调节规律（P ）所谓比例调节规律，是指调节器输出的控制作用u (t )与其偏差输入信号e (t )之间成比例关系，即)()(t e K t u p =（1-11）式中 K p ——比例增益。
比例调节器的传递函数：p p K s E s U s G ==)()()( （1-12）工程中，常用比例带δ来描述其控制作用的强弱，即：pK 1=δ （1-13）其物理意义是在调节机构的位移改变100%时，被调量应有的改变量，如δ=20%时，则表明调节器输出变化100%时，需要其输入信号变化20%。
比例调节器的阶跃响应曲线如图1-18所示。
比例调节器输出控制作用u (t )将与偏差e (t ) 成比例地变化，而且几乎是同时产生的。
控制作用的变化目的是调节进入对象的流入量，消除不平衡流量，使被调量回到原来的值上。
从这一点看，比例调节规律的特点之一就是调节及时、迅速。
还可看出，在∞→t时调节过程结束，但偏差信号e (t )仍存在；换言之，调节过程结束时被调量的偏差仍未完全消除。
因为采用比例调节规律的调节器，其输出的控制作用大小与偏差大小成比例关系，一定大小的控制作用是抵消扰动的影响，使系统重新稳定下来的保证。
在系统受到扰动后，被调量偏离了其给定值，而出现偏差，调节器的调节使系统再次进入稳定状态，但偏差或大或小还要存在，否则偏差为零，控制作用也随之消失，干扰信号的存在eue 0tt图1-19 积分调节器的阶跃响应曲线就不可能使系统稳定下来。
比例积分微分控制及其调节过程
§2-3 积分调节（I调节） 积分调节（I
一 积分调节动作规律
du 动态方程式： u = S0 ∫0 edt OR dt = S0e
t
s0积分速度
传递函数为： G ( s) =
U (s) E (s)
=
S0 s
积分调节的特点， 二 积分调节的特点，无差调节 （1）控制过程结束时,被调量与其给定值之间没有 控制过程结束时, 稳态偏差， 无差调节； 稳态偏差，是无差调节； 调节阀开度与被调量的数值本身无直接关系， （2）调节阀开度与被调量的数值本身无直接关系， 浮动调节，很少单独使用； 是浮动调节，很少单独使用； 引起相位滞后90 90度 稳定性比P调节差。 （3）引起相位滞后90度，稳定性比P调节差。
e
∆ e0
∆ e0
0
t
PID
I
0
t
PID
KD −1
µ
δ
∆e0
µ
D
∆ e0
P
D
0
I
δ
∆ e0
P
t
t
δ
0
各种调节的特点
与PD相比，PID提高了 系统的无差度； 与PI相比，PID多了一 个零点，为动态性能的 改善提供了可能。 PID兼顾了静态和动态 控制要求。
PID控制原理---算法选择原则 PID控制原理---算法选择原则
PD调节中，微分太强将导致饱和，因此微分只能起辅助作用； 微分调节抗干扰能力差，对纯延迟无效。
比例积分微分(PID)调节规律 积分微分(PID)调节 四 比例积分微分(PID)调节规律
理想PID调节器 调节器 理想 动 1 1 态 u = (e + δ TI 方 程 实际PID调节器 调节器 实际
过程控制第二章比例积分微分控制及其调节过程
11:33
过程控制
18
加热器出口水温控制系统
原理: 热水温度θ是由传感器θT获 取信号并送到调节器θC的, 调节 器控制加热蒸汽的调节阀开度以 保持出口水温恒定, 加热器的热 负荷既决定于热水流量Q也决定 于热水温度θ。
④ 执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化，可以有阀，电动 机，液压马达等．
⑤ 校正元件：也叫补偿元件，它是结构或参数便于调整的元部件，用串联 或反馈的方式连接在系统中，以改善系统的性能．
正反馈和负反馈
自动化技术的核心思想就是反馈,通过反馈建立起输入(原因)和输出(结果) 的联系. 使控制器可以根据输入与输出的实际情况来决定控制策略,以便达 到预定的系统功能. 根据反馈在系统中的作用与特点不同可以分为正反馈 (positive feedback)和负反馈(passive feedback)两种。
比例带：
u Kce
在过程控制中, 习惯用增益的倒数表示调节器输入与输出的比例关系：
1
u e
11:33
过程控制
15
1 100%
Kc
其中δ称为比例带，其意义为: 如果输出u直接代表调节阀开度的变化量,那 么δ就代表使调节阀开度改变100%, 即从全关到全开时所需的被调量的变 化范围. 只有当被调量处于这个范围之内, 开度才与偏差成正比,超出这个 比例带之外,调节阀已经处于全关或全开的状态, 暂时失去控制作用.
11:33
模拟PID过控程制控制系统原理图
2
PID控制的优点： ① 原理简单，使用方便 ② 适应性强，广泛应用于各种生产部门，适用于多种控制方式
比例 积分 微分
就是一种控制方式，通常叫做PID，在网上一搜一大堆，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）。
为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。
但积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。
这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。
因此，为了使系统在进入稳态后无稳态误差，通常采用比例+积分(PI)控制器，微分（D）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。
其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。
解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。
这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。
所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
形象点：比例跟偏差成正比，决定响应速度；积分的作用是使系统稳定后没有静差（如：你要得到输出是10，积分就能使最后结果是10，静差为0也即没有静差）；微分的作用使输出快速的跟定输入，也就是说你输入偏差变大，我“立刻”变化是你变小，抑制你。
PID控制——比例控制、积分控制、微分控制
PID控制——比例控制、积分控制、微分控制比例控制TITLE:比例控制(P) (Proportional control action)比例控制(P)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。
根据设备有所不同，比例带一般为2～10％(温度控制)。
但是，仅仅是P控制的话，会产生下面将提到的off set (稳态误差)，所以一般加上积分控制(I)，以消除稳态误差。
比例带与比例控制(P)输出的关系如图所示。
用MVp运算式的设定举例:图1图2：比例带与输出的关系。
稳态误差(Off set)比例控制中，经过一定时间后误差稳定在一定值时，此时的误差叫做稳态误差(off set)。
仅用比例控制的时候，根据负载的变动及设备的固有特性不同，会出现不同的稳态误差。
负载特性与控制特性曲线的交点和设定值不一致是产生稳态误差的原因。
比例带小时不会产生。
为消除稳态误差，我们设定手动复位值--manual reset值(MR)，以消除控制误差。
图3：比例控制产生的off set。
手动复位(Manual reset)式1：MR: manual reset值。
如前所述，仅用比例控制不能消除稳态误差。
为此，将MR(manual reset值)设为可变，则可自由整定(即调整)调节器的输出。
只要手动操作输出相当于off set的量，就能与目标值一致。
这就叫做手动复位(manual reset)，通常比例调节器上配有此功能。
在实际的自动控制中，每次发生off set时以手动进行reset的话，这样并不实用。
在后面将叙述的积分控制功能，能自动消除稳态误差。
图4积分控制积分控制(I) (Integral control action)所谓积分控制(I)，就是在出现稳态误差时自动的改变输出量，使其与手动复位动作的输出量相同，达到消除稳态误差的目的。
当系统存在误差时，进行积分控制，根据积分时间的大小调节器的输出会以一定的速度变化，只要误差还存在，就会不断的进行输出。
PID调节器的电路
采用可编程逻辑控制器（PLC）或微控制器（MCU），可以实现PID调节器电路的远程控制和编程控制， 方便系统的集成和扩展。
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比例调节器
根据输入信号与设定值的偏差，按比例输出控制 信号。
积分调节器
对输入信号与设定值之间的偏差进行积分运算， 以消除稳态误差。
微分调节器
对输入信号的变化率进行运算，以减小系统的动 态误差。
03
PID调节器电路的实现
硬件实现
模拟电路实现
通过使用电阻、电容和运算放大器等模拟元件，搭建PID调节器的硬件电路。 这种实现方式具有实时性好、稳定性高的优点，但调试复杂且容易受到环境温 度和元件老化等因素的影响。
电机控制系统
PID调节器电路用于控制电机的速度、 位置和转矩，广泛应用于数控机床、 机器人等领域。
家电领域
空调系统
PID调节器电路用于控制空调系统的温度和湿度，提供舒适的生活环境。
热水器
PID调节器电路用于控制热水器的加热温度，实现快速加热和节能的效果。
汽车领域
燃油喷射系统
PID调节器电路用于控制燃油喷射系统的喷 油量，提高燃油经济性和排放性能。
VS
详细描述
PID调节器由比例、积分和微分三个环节 组成。比例环节根据误差信号调整输出值 ，以减小误差；积分环节根据误差信号的 积分调整输出值，以消除长期误差；微分 环节根据误差信号的变化率调整输出值， 以提前预测并减小误差。三个环节协同作 用，实现PID调节器的控制效果。
PID调节器的特点
总结词
02
PID调节器电路的组成
输入部分
信号采集
负责采集系统或设备的状态信息 ，并将其转换为电信号。
说明其在电机控制中pid调节器的作用
说明其在电机控制中pid调节器的作用电机控制中PID调节器的作用什么是PID调节器？PID是一种常用的控制算法，被广泛应用在电机控制领域。
PID即比例-积分-微分控制器，通过计算误差和误差的变化率，来调整控制量，以实现对电机的精确控制。
PID调节器在电机控制中的作用1.比例控制：比例控制通过计算误差的大小，以及与设定值的差异，来调整控制量。
通过比例控制，可以实现对电机速度、角度等参数的准确调节。
2.积分控制：积分控制通过计算误差的积分值，以及误差的累积量，来调整控制量。
积分控制主要用于消除系统的静差，并提高系统的响应速度和稳定性。
3.微分控制：微分控制通过计算误差的变化率，以及误差变化的速度，来调整控制量。
微分控制主要用于抑制系统的超调和振荡，并提高系统的快速响应能力。
PID调节器的优点1.简单易用：PID调节器的原理比较简单，易于理解和实现。
同时，PID调节器的参数调整也相对容易，可以根据实际需求进行适当调整。
2.适应性强：PID调节器可以适应不同的控制对象和工作环境。
通过合理调整PID参数，可以实现对不同电机的精准控制。
3.稳定可靠：PID调节器可以根据系统的实际状况进行实时调整，以保持系统的稳定性和可靠性。
即使在外部环境变化或干扰的情况下，PID调节器也能够及时做出调整，以维持系统的正常运行。
总结PID调节器在电机控制中扮演着重要的角色。
通过比例、积分和微分控制，PID调节器可以实现对电机的精确控制，提高控制系统的稳定性和响应速度。
其简单易用、适应性强和稳定可靠的特点，使得PID 调节器成为电机控制领域中的重要工具之一。
无论是对于新手还是资深的创作者来说，掌握PID调节器的原理和应用都是十分重要的。
PID调节器的应用场景1.电机转速控制：在工业生产中，经常需要对电机的转速进行精确控制，以满足生产需求。
PID调节器可以通过不断调整控制量，使电机的转速稳定在设定值附近。
2.电机位置控制：在自动化系统中，经常需要对电机的位置进行精确控制，如机器人臂的运动，自动门的开关等。
调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制
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
5、PID控制器的参数整定
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被 控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是 依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主 要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应 曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需 要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡， 记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
微分（D）控制
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能 够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在 调节过程中的动态特性。
比例、积分、微分调节器
R(s)
Kp
M (s)
E (s)
G0 (s)
C (s)
KI
s
PI调节器的传递函数 令 则
ω2 n G 0 (s) s(s 2ζ ω n )
KI G c (s) K p s
G(s) G c (s)G0 (s)
ω2 n (K p s K 1 ) s 2 (s 2ζ ω n )
12
Hale Waihona Puke ω2 n 为了说明调节器的物理意义，以二阶系统为例： G 0 (s) s(s 2ζ ω n )
系统的开环传递函数：
G(s) G c (s)G0 (s)
ω2 n (K p K D s) s(s 2ζ ω n )
以上分析可知： PD调节器的引入，相当于给原系统的开环传递函数增加了一个 s= －Kp / KD 的零 点，
-
-+
出口温度检测值
Gff
烟叶前馈补偿器
= 0.01
K
+ -
香料流量控制器 FC 香料泵 香料
香料流量 XF
香料流量检测
烟叶前馈补偿器
Gff
烟叶流量检测
出口温度设定值 SP 70℃ R1
+
R1
出口温度控制器
G c1
+ -
筒壁温度控制器
D2 蒸汽热值 蒸汽阀 加料 机滚筒 C2
D1 烟叶流量YF 加料机 系统 C1
8
可见：引入PI调节器后，闭环系统由原来的Ⅰ型系统变成了Ⅱ型 系统，对改善系统的稳态特性是有好处的。 另一方面由于系统相角发生滞后，系统的稳定性下降了。如果Kp、KI 选择不当，很可能会造成不稳定。
pid控制原理
pid控制原理PID控制概述1.PID控制的原理和特点:在工程实践中，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，控制理论的其他技术难以采用时，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，最合适用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。
二、控制算法2.1 控制器公式连续时间PID控制系统如下图所示。
图中D(s)为控制器。
在PID控制系统中，D(s)完成PID控制规律，称为PID控制器。
PID控制器是一种线性控制器，用输出量y(t)和给定量r(t)之间的误差时间函数e(t)=r(t)-y(t)的比例、积分、微分的线性组合，构成控制量u(t)，称为比例(Proportional)、积分(Integrating)、微分(Differentiation)控制，简称PID控制。
实际应用中，可以根据受控对象的特性和控制的性能要求，灵活地采用不同的控制组合，构成:u(t),Ke(t)比例(P)控制器: (3-1)Pt1u(t),K[e(t)，e(,)d,]比例+积分(PI)控制器: (3-2),0TI比例+积分+微分(PID)控制器:tdet1() (3-3)utKetedT(),[()，(,),，]PD,0TdtI式中，K——比例放大系数;T——积分时间;T——微分时间 pID2.2 位置式PID控制算法:在电子数字计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的。
计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。
比例、积分、微分控制策略
比例、积分、微分控制策略尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：比例(P)控制、积分(I)控制和微分(D)控制。
这几种控制规律可以单独使用，但是更多场合是组合使用。
如比例(P)控制、比例-积分(PI)控制、比例-积分-微分(PID)控制等。
比例(P)控制单独的比例控制也称“有差控制”，输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大输出越大。
实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太小，控制作用太弱，不利于系统克服扰动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太大，控制作用太强，容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。
对于反应灵敏、放大能力强的被控对象，为提高系统的稳定性，应当使比例度稍小些；而对于反应迟钝，放大能力又较弱的被控对象，比例度可选大一些，以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差。
单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。
工业生产中比例控制规律使用较为普遍。
比例积分(PI)控制比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。
只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。
但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。
克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。
积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。
这里的“积分”指的是“积累”的意思。
积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。
只要偏差存在，输出就会不断累积(输出值越来越大或越来越小)，一直到偏差为零，累积才会停止。
所以，积分控制可以消除余差。
积分控制规律又称无差控制规律。
积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。
积分时间越小，控制作用越强；反之，控制作用越弱。
积分控制虽然能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点。
因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来。
pid调节压力调节增益积分微分参数
PID调节是现代控制领域中常用的一种控制方法，它通过对系统的反馈进行分析，以实现对系统的精确控制。
PID控制器通过调节增益、积分和微分参数来实现对系统的控制，其中最重要的就是压力调节。
一、PID调节控制原理PID控制器的工作原理是通过对系统的反馈信号进行分析，根据所设定的目标值来调节系统的输入，以使系统的输出能够尽可能地接近目标值。
PID控制器通过对系统的反馈信号进行加工处理，产生误差信号并根据误差信号来调节系统的输入。
PID控制器主要由比例控制器（P）、积分控制器（I）和微分控制器（D）三个部分组成，分别用来处理系统的比例误差、积分误差和微分误差。
二、PID调节参数1. 比例参数（P）比例参数是PID控制器中最基本的参数，它直接影响系统的响应速度和稳定性。
比例参数越大，系统的响应速度越快，但也容易产生过冲和震荡。
比例参数的大小可以根据系统的特点和要求来进行调节。
2. 积分参数（I）积分参数用来处理系统的稳态误差，当系统存在静态误差时，可以通过增大积分参数来消除这些误差。
但是积分参数过大时会导致系统的超调和震荡，因此需要根据实际情况来进行调节。
3. 微分参数（D）微分参数主要用来抑制系统的震荡和过冲，通过增大微分参数可以减小系统的超调。
但是微分参数过大时也容易产生系统的抖动和不稳定现象，因此需要根据系统的实际情况来进行调节。
三、PID调节压力1. 压力调节的重要性在实际控制系统中，往往需要对系统的压力进行精确控制，以保证系统的稳定性和安全性。
PID调节压力可以通过对比例、积分和微分参数进行调节来实现对系统压力的精确控制，从而达到系统稳定运行的目的。
2. 压力调节的方法在PID控制中，比例参数可以用来调节系统的控制精度和灵敏度，增大比例参数可以提高系统的响应速度和灵敏度，从而实现对系统压力的快速调节。
积分参数用来处理系统的稳态误差，通过增大积分参数可以消除系统的静态误差，使系统能够稳定运行。
微分参数主要用来抑制系统的震荡和过冲，通过增大微分参数可以减小系统的超调，使系统运行更加稳定。
第五章第三节 调节器及其调节作用规律
比例作用规律
气 动 比 例 调 节 器
比例作用规律
• 设定测量值变化为△P测，调节器的输出变 化为△P出，由于给定值没有变，即给定力 矩的变化为0，杠杆平衡原理有： • △P测*F测L2+△P出△F反L3=0 • F测和F反分别是测量波纹管和反馈波纹管 的横截面积， L2和L3分别是测量力臂和反 馈力臂。 • 因此有：
第三节
调节器及其调节作用规律
调节器的作用规律
• 调节器的作用规律：1、双位式作用规律。 2、比例作用规律。3、比例积分作用规律。 4、比例微分作用规律。5、比例积分微分 作用规律。
一、位式调节器
• 特点：调节器只有俩个输出状态。它不能 使被控量稳定在某个值上。但能把被控量 控制在某个范围之内。
位式作用规律
de(t ) p(t ) Sd * dt
• Sd为微分系数 • 其作用规律如图：
比例微分调节器
实际微分作用的输出特性
比例微分调节器
• 二、比例微分作用规律： • 比例微分作用规律是在比例作用规律的基础 上加入微分作用而得到的一宗作用规律：
de(t ) de(e) p(t ) Ke(t ) Sd K [e(t ) Td ] dt dt
YT-1226型压力调节器
比例作用规律(propotion)
• 调节器的作用规律：
P(t ) K * e(t )
• K为放大倍数，输入相通的偏差e(t)，放大倍数越大， 输出量越大。反之越小。 • 以下图为例讲解比例作用的调节过程
比例作用规律
比例作用规律
• 比例作用的特点：能够较及时的反应被控 制对象负荷的大小。负荷变化大，偏差大， 阀的开度就大，对被控量控制比较及时。 • 比例调节的缺点：当对象受到挠动后，被 控量不能回到给定值上来，只能回复到给 定值附近。被控量稳态值于给定值之间从 在较小的静态偏差。这是比例调节器固有 的不可克服的缺点。因为调节器的输入与 输出存在一一对应的硬性关系。
PID调节比例积分微分作用的特点和规律总结
PID调节比例积分微分作用的特点和规律总结PID（Proportional-Integral-Derivative）调节器是一种常用的自动控制系统技术，广泛应用于工业生产、机械设备、化工过程等领域。
PID调节器通过调节比例、积分和微分三个参数来控制系统的输出，以实现对被控对象的精确控制。
下面将详细介绍PID调节器的特点和规律。
一、比例作用特点和规律比例作用是PID调节器中最基本的调节部分，其作用是根据控制误差与设定值之间的差异来调节控制信号。
具体特点如下：1.作用迅速：比例作用能够快速对控制信号进行调整，使得系统能够快速响应外部信号变化。
2.比例关系明显：控制信号与控制误差之间存在线性关系，当控制误差增大时，控制信号也相应增大，从而实现对被控对象的调节。
3.稳态误差存在：由于比例作用只根据当前控制误差进行调节，不能消除稳态误差，因此在实际应用中需要进行进一步调节。
二、积分作用特点和规律积分作用是PID调节器中实现稳态性能的部分，其作用是通过累积控制误差来调节控制信号。
具体特点如下：1.消除稳态误差：积分作用能够积累连续的控制误差，对于长时间存在的稳态误差能够进行补偿，从而减小系统的稳态误差。
2.增加系统稳定性：积分作用能够增加系统的稳定性，通过对系统的积分作用可以减小系统的超调量，提高系统的稳定性。
3.稳态误差过大可能导致系统不稳定：当积分作用过大时，容易引起系统过冲，甚至趋向于不稳定，因此在设定积分参数时需要注意权衡系统的稳定性和稳态性能。
三、微分作用特点和规律微分作用是PID调节器中实现动态响应的部分，其作用是根据控制误差的变化率来调节控制信号。
具体特点如下：1.抑制超调：微分作用能够通过对控制误差变化率的监测，来抑制系统的过冲现象，从而改善系统的动态响应性能。
2.消除振荡：对于系统存在的振荡现象，微分作用能够通过对控制误差变化率的调节，来消除振荡现象，提高系统的稳定性。
3.对噪声敏感：由于微分作用是根据控制误差的变化率进行调节，因此对于系统噪声敏感，会放大系统噪声的影响，容易导致系统振荡，因此在设定微分参数时需要注意噪声对系统的影响。
比例微分调节器比例特点(一)
比例微分调节器比例特点(一)比例微分调节器比例特点： 1. 比例微分调节器（PID）是一种常用的工业自动控制系统中的控制算法。
2. 比例微分调节器通过比例（P）、积分（I）和微分（D）三个参数来控制系统的稳定性和响应速度。
3. 调节器的比例部分在控制系统中起到了决定性的作用，是系统响应速度和稳定性的关键。
4. 比例微分调节器比例的设定是根据控制系统的性质和需求来确定的，不同的系统需要不同的比例参数。
5. 比例微分调节器比例可以通过调整比例参数来改变系统的闭环增益，从而控制系统的稳定性和响应速度。
6. 比例微分调节器比例在控制系统中的作用类似于增益控制器，可以改变系统的输出和输入之间的关系。
7. 比例微分调节器比例的选择需要经验和实验的支持，通过试错法可以找到最优的比例参数设置。
文章采用markdown格式，多采用标题副标题形式比例微分调节器比例特点：•比例微分调节器（PID）是一种常用的工业自动控制系统中的控制算法。
•比例微分调节器通过比例（P）、积分（I）和微分（D）三个参数来控制系统的稳定性和响应速度。
•调节器的比例部分在控制系统中起到了决定性的作用，是系统响应速度和稳定性的关键。
•比例微分调节器比例的设定是根据控制系统的性质和需求来确定的，不同的系统需要不同的比例参数。
•比例微分调节器比例可以通过调整比例参数来改变系统的闭环增益，从而控制系统的稳定性和响应速度。
•比例微分调节器比例在控制系统中的作用类似于增益控制器，可以改变系统的输出和输入之间的关系。
•比例微分调节器比例的选择需要经验和实验的支持，通过试错法可以找到最优的比例参数设置。
重要性•比例微分调节器比例在控制系统中扮演着非常重要的角色，它能够确保系统的稳定性和响应速度。
•比例部分决定了系统在面对改变时的灵敏度，即输出对于输入变化的反应程度。
•通过调节比例参数，可以平衡输出和输入之间的关系，以达到系统的最佳性能。
调参方法•在实际应用中，为了找到最优的比例参数，需要进行反复试验和调参。
气动pid调节器工作原理
气动PID调节器的工作原理基于比例、积分和微分三个控制部分的结合使用：
1. 比例控制：这是PID调节器的基础部分。
它根据被控对象的误差信号与设定值之间的差异，按照一定比例关系生成控制信号。
比例控制使得被控对象的输出与设定值成正比关系。
当误差较大时，比例控制会提供更大的控制修正量，从而增强控制的快速性和灵敏度。
2. 积分控制：用于消除系统的稳态误差。
它根据被控对象的误差信号与设定值之间的累积误差，按照一定比例关系生成控制信号。
积分控制使得被控对象的输出与设定值的长期平均值成正比关系，能够消除系统的漂移和偏差，提供更精确的稳态控制。
3. 微分控制：用于抑制系统的过冲和震荡。
它根据被控对象的误差变化率，按照一定比例关系生成控制信号。
微分控制使得被控对象的输出与设定值的变化速率成正比关系，能够对系统动态响应进行补偿和调节，提供更稳定的控制结果。
通过比例、积分和微分三个控制部分的协调作用，PID调节器能够实现对被控对象的准确控制。
不同的应用场景和控制要求，需要适当调整PID参数，以获得最佳的控制效果。
比例、积分、微分控制策略
比例、积分、微分控制策略尽管不同类型的控制器,其结构、原理各不相同,但是基本控制规律只有三个：比例（P）控制、积分(I)控制和微分(Ｄ)控制。
这几种控制规律可以单独使用,但是更多场合是组合使用。
如比例(P)控制、比例-积分（PＩ)控制、比例-积分-微分（ＰID)控制等。
比例(Ｐ)控制单独的比例控制也称“有差控制”,输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大输出越大。
实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太小,控制作用太弱,不利于系统克服扰动,余差太大,控制质量差,也没有什么控制作用；比例度太大，控制作用太强,容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。
对于反应灵敏、放大能力强的被控对象,为提高系统的稳定性,应当使比例度稍小些；而对于反应迟钝，放大能力又较弱的被控对象，比例度可选大一些，以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差。
单纯的比例控制适用于扰动不大,滞后较小,负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。
工业生产中比例控制规律使用较为普遍。
比例积分(PＩ)控制比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。
只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。
但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。
克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。
积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。
这里的“积分”指的是“积累”的意思。
积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。
只要偏差存在，输出就会不断累积(输出值越来越大或越来越小),一直到偏差为零，累积才会停止。
所以,积分控制可以消除余差。
积分控制规律又称无差控制规律。
积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。
积分时间越小，控制作用越强;反之，控制作用越弱。
积分控制虽然能消除余差,但它存在着控制不及时的缺点。
因为积分输出的累积是渐进的,其产生的控制作用总是落后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响,难以使控制系统稳定下来。
比例、积分、微分调节器.pptx
香料流量控制器 FC
香料流量检测器 FT2
D
香料泵 香料入口
E 香料阀
比值控制器
K = 0.01
A 烟叶入口传送带
B 加料机滚筒
FT1 烟叶流量检测器
F 蒸汽阀 蒸汽入口
C 烟叶出口传送带
TT1 出口温度检测器
筒壁温度检测器 TT2
2.调节方便
调节作用相互独立，最后以求和的形式出现的，人们可改 变其中的某一种调节规律，大大地增加了使用校正装置，系统参数改变，调节效果差，而PID调节器 的适应范围广，在一定的变化区间中，仍有很好的调节效果。
4
比例，积分、微分(PID)调节器
PID调节器
R(s)
E(s)
12
为了说明调节器的物理意义，以二阶系统为例： G 0 (s)
ω
2 n
s(s 2ζ
ωn)
系统的开环传递函数：
G(s)
G c (s)G 0 (s)
ω
2 n
(K p
s(s 2ζ
K Ds) ωn)
以上分析可知：
PD调节器的引入，相当于给原系统的开环传递函数增加了一个 s= －Kp / KD 的零 点，
-
筒壁温度控制器
Gc2
蒸汽阀
筒壁温度 检测
D2 蒸汽热值
加料 C2 机滚筒
D1 烟叶流量YF
加料机
C1
系统
出口温度检测
出口温度设定值 +
出口温度控制器
加料机 T1
2 p
1KIK D
)
2K D
不难看出，引入PID调节器后，系统的型号数
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R(s)
E (s)
Kp
M (s)
G0 ( s )
KDs
调节器的运动方程：
de(t) m(t) K p e(t) K p TD dt
式中：KD=KpTD——微分调节器比例系数； TD——微分时间常数。 传递函数： G c (s) K p K D s＝K p＋K p TD s＝K（ ＋ TD s） p 1
-
-+
出口温度检测值
Gff
烟叶前馈补偿器
= 0.01
K
+ -
香料流量控制器 FC 香料泵 香料
香料流量 XF
香料流量检测
烟叶前馈补偿器
Gff
烟叶流量检测
出口温度设定值 SP 70℃ R1
+
R1
出口温度控制器
G c1
+ -
筒壁温度控制器
D2 蒸汽热值 蒸汽阀 加料 机滚筒 C2
D1 烟叶流量YF 加料机 系统 C1
Kp K2 p 4K I K D 2K D s
)(s
Kp K2 p 1K I K D 2K D
)
不难看出，引入PID调节器后，系统的型号数 增加了Ⅰ，还提供了两个实数零点。因此， 对提高系统的动态特性方面有更大的优越性。
6
P作用与余差（稳态误差）
2、比例——积分(PI)调节器及其控制规律
t
m (t )
0
t
14
由以上分析可知： 微分控制是一种 “预见” 型的控制。它测出 e(t) 的瞬时 变化率，作为一个有效早期修正信号，在超调量出现前会产生 一种校正作用。 如果系统的偏差信号变化缓慢或是常数，偏差的导数就很 小或者为零，这时微分控制也就失去了意义。 注意：模拟PD调节器的微分环节会使系统的噪声放大， 抗干扰能力下降，在实际使用中须加以注意解决。
13
PD调节器对系统动 态响应的影响分析。
PD调节器
c (t )
cmax
1
0
e (t )
R( s)
t a t1
t2
t b t3
t4
t5
t
E (s)
Kp
KDs
M (s)
G0 ( s )
1
0
t
e (t )
0
由微分调节器作用由TD 决定。TD大，微分作用 强，TD小，微分作用弱， 选择好TD很重要。
8
可见：引入PI调节器后，闭环系统由原来的Ⅰ型系统变成了Ⅱ型 系统，对改善系统的稳态特性是有好处的。 另一方面由于系统相角发生滞后，系统的稳定性下降了。如果Kp、KI 选择不当，很可能会造成不稳定。
积分作用会加大系统的不稳定性
9
积分饱和现象
3、比例——微分(PD)调节器及其控制规律
PD调节器
15
PID控制作用
• 比例作用P是基本控制作用，输出与输入无相位差。Kc越大控制 作用越强，随着Kc 的增加(比例度δ 减小) ，余差下降，最大偏差 减小，但稳定性变差。 • 比例作用P引入积分作用I后，可以消除余差。但是幅值增加，相 位滞后，使稳定性裕度下降，为保持同样稳定性裕度， Kc应减少 10-20%(比例度δ 应增加10-20%)。积分时间Ti越短，积分作用越强， Ti趋向无穷大时无积分作用。应防积分饱和。
香料流量控制器 FC
香料流量检测器 FT2 E 香料阀
D 香料泵 香料入口
比值控制器
K
= 0.01
B 加料机滚筒
A 烟叶入口传送带
FT1 烟叶流量检测器 筒壁温度检测器 TT2 蒸汽出口 F 蒸汽阀 TC2 筒壁温度控制器 蒸汽入口 ∑
C 烟叶出口传送带 TT1 出口温度检测器
+
+
出口温度设定值 SP 70℃ 出口温度控制器 TC1
12
ω2 n 为了说明调节器的物理意义，以二阶系统为例： G 0 (s) s(s 2ζ ω n )
系统的开环传递函数：
G(s) G c (s)G0 (s)
ω2 n (K p K D s) s(s 2ζ ω n )
以上分析可知： PD调节器的引入，相当于给原系统的开环传递函数增加了一个 s= －Kp / KD 的零 点，
E (s)
Kp
KI
M (s)
G0 (s)
C (s)
s
KDs
PID调节器的运动方程为：
de(t) m(t) K p e(t) K I e(t)dt K D dt
5
写成传递函数形式
G e (s) K M(s) K p I K Ds E(s) s
K D (s G e (s)
PI调节器
R(s)
Kp
M (s)
E (s)
G0 (s)
C (s)
KI
s
PI调节器的传递函数 令 则
ω2 n G 0 (s) s(s 2ζ ω n )
KI G c (s) K p s
G(s) G c (s)G0 (s)
ω2 n (K p s K 1 ) s 2 (s 2ζ ω n )
PID控制作用
• 比例作用P引入适当微分作用D后，幅值增加，相位超前，使稳定 性裕度提高，为保持同样稳定性裕度， Kc应增加10-20%( 比例度δ 应减少10-20%)。微分作用D可以产生预调的作用。微分 时间Td越大，微分作用越强， Td=0无微分作用。
控制器参数的经验整定法
工艺要求： 烟叶与香料按100:1混合，加料后烟叶的出口温度控制在70摄氏度； 系统描述： A:加料机入口传送带，由电机M1控制其传送； B:加料机滚筒，由电机M2控制其转动； C:加料机出口传送带，由电机M3控制其传送； D:香料泵，由电机M4控制其转动，且其转速可调； E:香料入口电磁阀，只有开、关两个状态； F:蒸汽入口阀，带阀门定位器，其开度可调节，蒸汽可对加料筒进行加热处理。 主要干扰源：1.蒸汽的热值有波动。2.加料机入口的烟叶来料流量起伏较大。
2.调节方便
调节作用相互独立，最后以求和的形式出现的，人们可改 变其中的某一种调节规律，大大地增加了使用的灵活性。
3.适应范围较广
一般校正装置，系统参数改变，调节效果差，而PID调节器 的适应范围广，在一定的变化区间中，仍有很好的调节效果。
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比例，积分、微分(PID)调节器
PID调节器
R( s)
第一节 控制系统组成
控制系统的框图 控制系统由被控对象、检测变送、控制器和执行器等组成
控制系，积分、微分(PID)调节器
PID（比例—积分—微分）调节器在工业控制中得到广泛 地应用。它有如下特点：
1.对系统的模型要求低
实际系统要建立精确的模型往往很困难。而PID调节器 对模型要求不高，甚至在模型未知的情况下，也能进行调节。
Gc2
-
筒壁温度 检测
出口温度检测
出口温度控制器 出口温度设定值
+
加料机
T1