【文章內(nèi)容簡介】 達抵消擾動所需的位置 。 ? 比例部分的閥位輸出 Up在調(diào)節(jié)過程的初始階段起較大作用 ， 但調(diào)節(jié)過程結(jié)束后又返回到擾動發(fā)生前的數(shù)值 。 比例積分的調(diào)節(jié)規(guī)律 50 負荷變化前（ tt0）被控系統(tǒng)穩(wěn)定，控制偏差為零，調(diào)節(jié)器輸出保持某恒定值。 圖 PI 調(diào)節(jié)器對過程負荷變化的響應 0 u0 比例積分的調(diào)節(jié)規(guī)律 51 圖 PI 調(diào)節(jié)器對過程負荷變化的響應 t=t0時刻 ， 系統(tǒng)負荷發(fā)生階躍變化, P調(diào)節(jié)立即響應偏差變化 ， 產(chǎn)生正的躍變 ， I調(diào)節(jié)則從零開始累計偏差 。 此后 ， 在 PI的共同作用下 ， 調(diào)節(jié)的總輸出持續(xù)增加 。 比例積分的調(diào)節(jié)規(guī)律 52 圖 PI 調(diào)節(jié)器對過程負荷變化的響應 在 t=t1 時刻，系統(tǒng)開始響應，控制偏差開始減小， P調(diào)節(jié)緊跟著減小， I調(diào)節(jié)因偏差仍存在且方向不變，所以繼續(xù)增加 PI調(diào)節(jié)的綜合結(jié)果 Δ u也仍持續(xù)增大使控制偏差進一步減小 比例積分的調(diào)節(jié)規(guī)律 53 圖 PI 調(diào)節(jié)器對過程負荷變化的響應 t=t2時刻，偏差減小至零 ,P調(diào)節(jié)作用徹底消失， I調(diào)節(jié)也停止增長 如果積分時間足夠小，此時調(diào)節(jié)器的輸出將大于所要求的值，致使系統(tǒng)產(chǎn)生反向偏差，也即超調(diào)。 比例積分的調(diào)節(jié)規(guī)律 54 圖 PI 調(diào)節(jié)器對過程負荷變化的響應 t2~t3階段，偏差反向， P調(diào)節(jié)作用反向， I調(diào)節(jié)作用也由增加變?yōu)闇p小，PI調(diào)節(jié)的整體作用表現(xiàn)為減小， 直至從超調(diào)位置下降到系統(tǒng)要求的作用點，即圖中的 t=t3點處，此時偏差從超調(diào)處回落到零，系統(tǒng)達到新的平衡。 比例積分的調(diào)節(jié)規(guī)律 55 由上分析 ? PI調(diào)節(jié)引入積分動作消除了系統(tǒng)余差 ， 卻降低了原有系統(tǒng)的穩(wěn)定性 。 ? 調(diào)節(jié)過程中的超調(diào)趨勢隨比例增益的增大和積分時間的減小而增大 ， 因此 PI調(diào)節(jié)的比例增益要設置得比純 P調(diào)節(jié)小 ， 對積分時間的設置也應有一定的限制 。 比例積分的調(diào)節(jié)規(guī)律 56 ? PI調(diào)節(jié)在比例帶不變的情況下 ， 減小積分時間TI， 將使控制系統(tǒng)穩(wěn)定性降低 、 振蕩加劇 、 調(diào)節(jié)過程加快 、 振蕩頻率升高 。 圖 PI控制系統(tǒng)不同積分時間的響應過程 比例積分的調(diào)節(jié)規(guī)律 57 ? 比例積分調(diào)節(jié)的特點 ： ? 具有比例調(diào)節(jié)作用反應快、無滯后的優(yōu)點，可以加快調(diào)整作用，縮短調(diào)節(jié)時間，又具有積分調(diào)節(jié)的優(yōu)點，可以消除靜差。 ? 對于一般調(diào)節(jié)對象，均可用比例積分調(diào)節(jié)，比例帶和積分時間選擇合適，基本可以滿足生產(chǎn)工藝要求。 比例積分的調(diào)節(jié)規(guī)律 58 比例積分控制 (PI控制 ) ? 積分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 ? 比例積分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 ? 積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施 59 ? 1．積分飽和現(xiàn)象 ? 具有積分作用的控制器，只要被控變量與設定值之間有偏差，其輸出就會不停地變化。 ? 如果由于某種原因 (如閥門關閉、泵故障等 )，被控變量偏差一時無法消除，然而控制器還是要試圖校正這個偏差，結(jié)果經(jīng)過一段時間后，控制器輸出將進入深度飽和狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為積分飽和。 ? 進入深度積分飽和的控制器，要等被控變量偏差反向以后才慢慢從飽和狀態(tài)中退出來，重新恢復控制作用。 積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施 60 ? 積分飽和現(xiàn)象 00??tC e d tSu )()(10??? nkCkeSnu001( 1 ) ( ) ( 1 )nCku n S e k S e n?? ? ? ??方向不變時當誤差 )1(),()1( ??? nenunu cC閥門的開度極限?? )( mnu C 執(zhí)行器進入深度飽和執(zhí)行器開始退飽和當誤差反向時 ,變化執(zhí)行器才能響應誤差的退出飽和后 ,maxXXu圖 4 . 1 3 執(zhí) 行 機 構(gòu) 的 飽 和 特 性 積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施 61 ? 積分飽和現(xiàn)象 圖 加熱器出口水溫控制系統(tǒng) 積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施 62 ? 圖 42所示加熱器水溫控制系統(tǒng)為消除殘差采用了 PI調(diào)節(jié) ? 調(diào)節(jié)閥選用氣開式，調(diào)節(jié)器為反作用方式。 ? 設 t。時刻加熱器投入使用，此時水溫尚低，離設定值 θ c較遠，正偏差較大，調(diào)節(jié)器輸出逐漸增大。 圖 溫度比例積分控制系統(tǒng)積分飽和現(xiàn)象 積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施 63 ? 如果采用氣動調(diào)節(jié)器，其輸出可達 (氣源壓力 )，稱為進入飽和狀態(tài)，見圖 411中的 t1— t2部分。 ? 在 t2— t3階段，水溫上升但仍低于設定值，調(diào)節(jié)器輸出不會下降。其輸出最后可達 (氣源壓力 )，稱為進入深度飽和狀態(tài)， 積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施 圖 溫度比例積分控制系統(tǒng)積分飽和現(xiàn)象 64 ? 從 t3時刻以后，偏差反向，調(diào)節(jié)器輸出減小，但因為輸出氣壓大于 ，調(diào)節(jié)閥仍處于全開狀態(tài)。 ? 直到 t4時刻過后，調(diào)節(jié)閥才開始關小。這就是積分飽和現(xiàn)象。其結(jié)果可使水溫大大超出設定值，控制品質(zhì)變壞，甚至引起危險。 積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施 圖 溫度比例積分控制系統(tǒng)積分飽和現(xiàn)象 65 ? 積分飽和現(xiàn)象常出現(xiàn)在自動啟動間歇過程的控制系統(tǒng)、串級系統(tǒng)中的主控制器以及像選擇性控制這樣的復雜控制系統(tǒng)中，后者積分飽和的危害性也許更為嚴重。 ? 造成積分飽和現(xiàn)象的 內(nèi)因 是控制器包含積分作用， 外因 是控制器長期存在偏差，因此，在偏差長期存在的條件下，控制器輸出會不斷增加或減小，直到極限值。 積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施 66 ① 限制 PI調(diào)節(jié)器的輸出 ?uPI設定限值時， uPI=umax ?結(jié)果：這樣有可能在正常操作中不能消除系統(tǒng)的余差 ② 積分分離法 ?e設定限值時，改用純 P調(diào)節(jié) ?結(jié)果：既不會積分飽和又能在小偏差時利用積分作用消除偏差 ③ 遇限削弱積分法（抗積分飽和法） ?uPI設定限值時，只累加負偏差，反之亦然 ?結(jié)果：可避免控制量長時間停留在飽和區(qū) 積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施 67 比例積分微分控制 (PID控制 ) ? 微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 ? 比例微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 ? 比例微分控制的特點 ? 比例積分微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 68 ? 調(diào)節(jié)器的輸出 u與被調(diào)量或其偏差 e對于時間的導數(shù)成正比，即 2 dtdeSu ?式中， S2 —— 微分時間。 微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 69 ? D調(diào)節(jié)的階躍響應 tteu0t0t微分調(diào)節(jié)的思想： 微分調(diào)節(jié)只與偏差的變化成比例，偏差變化越劇烈，由微分調(diào)節(jié)器給出的控制作用越大，從而及時地抑制偏差的增長，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 理想 D調(diào)節(jié)器的階躍響應曲線 70 ? 調(diào)節(jié)器在 t=t0時刻，輸入階躍偏差 e，偏差的變化速度為： ? 之后，調(diào)節(jié)器的輸出立即又回到零，理想的微分調(diào)節(jié)特性曲線為一垂直直線。 ??dtde 微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 tteu0t0t理想 D調(diào)節(jié)器的階躍響應曲線 71 ? 如加熱爐溫度自動調(diào)節(jié) ,當溫度低于給定值時 ,則煤氣閥門應開大 ,這是比例調(diào)節(jié)作用 ,但同時發(fā)現(xiàn) ,溫度降低的速度很快 ,說明出現(xiàn)了較大的擾動 ,則下一時刻的偏差將會更大 ,因此應預先采取措施 ,即 提前動作 ,把煤氣閥門的開度開得更大一些 ,這叫 超前作用。 微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 72 微分調(diào)節(jié)的特點 ? P和 I是根據(jù)已經(jīng)形成的被調(diào)參數(shù)與給定值之偏差而動作 (即 偏差的方向和大小 進行調(diào)節(jié) )。 ? 微分調(diào)節(jié)是根據(jù)偏差信號的微分 ,即 偏差變化的速度 而動作的。 ?只要偏差一露頭 ,調(diào)節(jié)器就立即動作，以求更好的調(diào)節(jié)效果 ?偏差沒有變化 ,微分調(diào)節(jié)不起作用。 ? 微分調(diào)節(jié)主要用于克服調(diào)節(jié)對象有較大的 傳遞滯后和容量滯后 。 微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 73 ? 注意： 。 ∵ 微分調(diào)節(jié)只對偏差的變化做出反應，而與偏差的大小無關。 。 ∵ 實際的調(diào)節(jié)器都有一定的失靈區(qū)，若調(diào)節(jié)誤差的變化速度緩慢，以至于調(diào)節(jié)器不能察覺，純微分調(diào)節(jié)器將不會動作，此時調(diào)節(jié)誤差會不斷累積卻得不到校正。 微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 74 ? PID是比例 、 積分 、 微分的縮寫 ProportionalIntegralDifferential ? 比例作用的輸出與偏差大小成正比； ? 積分作用的輸出變化速度與偏差成正比； ? 微分作用的輸出與偏差變化速度成正比。 微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 75 ? 比例調(diào)節(jié)作用 ：是按比例反應系統(tǒng)的偏差 ，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差 ， 比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差 。 ? 比例作用大 ， 可以加快調(diào)節(jié) ， 減少誤差 ? 但是過大的比例 ， 使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降 ， 甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定 。 微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 76 pK ( s+ 1 ) ( 2 s+ 1 )KKG ?0 1 2 3 4 5 6 7 800 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 41 . 61 . 8S t e p R e s p o n s eT i m e ( s e c )AmplitudeK = 0 . 2K = 1K = 1 0K = 1 0 01()1+ pe KK?? 比例調(diào)節(jié) Kp的變化對控制效果的影響 微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 Kp= Kp=1 Kp=10 Kp=100 77 ? 積分調(diào)節(jié)作用 ： 是使系統(tǒng)消除 穩(wěn)態(tài)誤差 ， 提高無差度 。 因為有誤差 ， 積分調(diào)節(jié)就進行 ， 直至無差 ， 積分調(diào)節(jié)停止 ， 積分調(diào)節(jié)輸出一常值 。 ? 積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù) Ti， Ti越小 ， 積分作用就越強 。 反之 Ti大則積分作用弱 。 ? 加入積分調(diào)節(jié)可使 系統(tǒng)穩(wěn)定性下