過程控制-單回路pid控制、pid的參數整定、實用數字pid及相關技術(已修改)
2025-05-12 12:05 本頁面
【正文】 本節(jié)主要內容 ? 總結 PID控制的特點及對控制品質的影響 ? 總結 PID控制器的參數整定方法及實例 ? 數字 PID控制器的發(fā)展過程 ? 數字 PID控制器的組成 ? 數字 PID控制器實現中的主要問題 ——采樣、濾波、保持等 單回路控制實例 ——溫度控制系統(tǒng)方塊圖 對于單回路控制常采用 PID控制， PID控制的特點： 簡單易理解、魯棒性好、適應面廣 溫度控制器Gc( s )設定值Tsp偏差e ( t )+_測量值Tm( t )++溫度測量變送Gm( s )燃料控制閥Gv( s )爐出口溫度 T ( t )控制u ( t )燃料量Rf ( t ) 控制通道Gp( s )加熱爐D ( t )純比例 P控制器 ? 控制器增益 Kc或比例度 δ對系統(tǒng)性能的影響 ： 增益 Kc 的增大（或比例度 δ下降），使系統(tǒng)的調節(jié)作用增強，但穩(wěn)定性下降（ 當系統(tǒng)穩(wěn)定時 ，調節(jié)頻率提高、最大偏差下降）； 0)()( uteKtu c ?? %100*1cK??比例增益 Kc對控制性能的影響 比例積分 PI控制器 ? 積分時間 Ti 對系統(tǒng)性能的影響 引入積分作用的根本目的是為了消除穩(wěn)態(tài) 余差 ，但使 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降 。當 積分作用 過 強 時 （即 Ti 過小 ）， 可能使 控制系統(tǒng) 不 穩(wěn)定 。 00 )1( ue dtTeKutic ??? ?)11()( sTKsGicc ??積分作用 Ti對控制性能的影響 理想的比例積分微分 PID控制器 ? 微分時間 Td 對系統(tǒng)性能的影響 微分作用的增強（即 Td 增大），從理論上講使系統(tǒng)的超前作用增強，穩(wěn)定性得到加強，但 對高頻噪聲起放大作用。對于測量噪聲較大的對象，需要引入測量信號的平滑濾波 。 而微分作用主要適合于特性 一階 滯后較大的廣義對象，如溫度、成份等。 001 )( udtdeTe dteKudtTc i ???? ? )11()( sTsTKsG dicc ???微分作用 Td對控制性能的影響 問題：控制作用的變化過大，對噪聲敏感，如何克服？ 實際的比例積分微分控制器 1111)(?????????????sATsTsTKsGdddicc其中 Ad 為微分增益 SimuLink 結構 : PID控制系統(tǒng)仿真舉例 仿真系統(tǒng) SimuLink的使用 1?sTKmm1?sTKdd)e x p(1ssTKpp???1?sTKvvd ( t )u ( t )y ( t ) z ( t )++假設控制輸入 u (t)與干擾輸入 d (t)均為階躍信號，要求顯示輸入對被控變量 y (t)及其測量 z (t)的動態(tài)響應。 仿真系統(tǒng) SimuLink的使用 ? 熟悉與掌握系統(tǒng)所提供的 SimuLink常用模塊，如輸入信號、輸出顯示、傳遞函數模塊、常用數學函數等； ? 掌握 SimuLink運行數據與 Matlab數據平臺的聯結，以及 Matlab常用的作圖方法； ? 掌握子系統(tǒng)的封裝技術（包括外觀設計、參數設置、注釋等）； ? 掌握自定義模塊的運行機制、設計方法與封裝技術。 思考題 ? 對于一般的自衡過程，分析采用純比例控制器存在穩(wěn)態(tài)余差的原因； ? 引入積分作用可消除穩(wěn)態(tài)余差的原因分析，以及為什么引入積分作用會降低閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性？ ? 引入微分作用可提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但為什么實際工業(yè)過程中應用并不多？ ? 如何確定 PID參數？ PID控制器的 參數整定與應用 PID參數對控制性能的影響 ? 控制器增益 Kc或比例度 δ 增益 Kc 的增大（或比例度 δ下降），使系統(tǒng)的調節(jié)作用增強，但穩(wěn)定性下降； ? 積分時間 Ti 積分作用的增強（即 Ti 下降），使系統(tǒng)消除余差的能力加強，但控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降； ? 微分時間 Td 微分作用增強（即 Td 增大）， 可 使系統(tǒng)的超前作用增強，穩(wěn)定性得到加強，但 對 高頻噪聲起放大作用 ， 主要適合于特性滯后較大的廣義對象，如溫度 對象 等 。 0000 )1(1)1( udtdeTe d tiTeudtdeTe d tiTeKu dtdtc ???????? ?? ?工業(yè) PID控制器的選擇 被控參數 控制器 備注 溫度 / 成分 PID *1 流量 / 壓力 PI 液位 / 料位 P *當工業(yè)對象具有較大的滯后時，
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