【正文】 調(diào)量來回波動 ， 余差減小 c)δ 進一步減小 ?被調(diào)量振蕩加劇 d)δ 為臨界值 ?系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài) e)δ 小于臨界值 ?系統(tǒng)不穩(wěn)定 ， 振蕩發(fā)散 圖 δ 對比例調(diào)節(jié)過程的影響 26 比例調(diào)節(jié)的特點： （ 1）比例調(diào)節(jié)的輸出增量與輸入增量呈一一對應的比例關系，即： u = K e （ 2）比例調(diào)節(jié)反應速度快，輸出與輸入同步，沒有時間滯后，其動態(tài)特性好。 27 ? 若對象較穩(wěn)定（對象的靜態(tài)放大系數(shù)較小，時間常數(shù)不太大，滯后較?。? ?則比例帶可選小些，這樣可以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應速度加快一些； ? 相反，若對象的放大系數(shù)較大，時間常數(shù)較小，滯后時間較大 ?則比例帶可選大一些，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。稱為積分速度，可視情況取正值或負值。 ? 只要偏差存在 ， 調(diào)節(jié)器的輸出就會不斷變化 ， 直到偏差為零調(diào)節(jié)器的輸出才穩(wěn)定下來不再變化 。 ? 注意 I調(diào)節(jié)的輸出不像 P調(diào)節(jié)那樣隨偏差為零而變到零 。 ?改變針形閥的開度 可改變積分速度 S0 eSdtdu 0?圖 45 自力式氣壓控制閥結(jié)構(gòu)原理圖 積分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 33 2 積分調(diào)節(jié)的特點，無差調(diào)節(jié) ? 積分調(diào)節(jié)的特點是 無差調(diào)節(jié) ?只要偏差不為零 ， 控制輸出就不為零 ， 它就要動作到把被調(diào)量的靜差完全消除為止 ?而一旦被調(diào)量偏差 e為零 ， 積分調(diào)節(jié)器的輸出就會保持不變 。 ?? te d tSu 00tteu 積分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 34 ? 積分調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性 ?它的穩(wěn)定作用比 P調(diào)節(jié)差 ， 采用積分調(diào)節(jié)不可能得到穩(wěn)定的系統(tǒng) 。 ? 根據(jù)奈氏穩(wěn)定判據(jù)可知，對于非自衡的被控對象采用 P調(diào)節(jié)時，只要加大比例帶總可以使系統(tǒng)穩(wěn)定 (除非被控對象含有一個以上的積分環(huán)節(jié) )；如果采用 I調(diào)節(jié)則不可能得到穩(wěn)定的系統(tǒng)。 ?所以一般在工業(yè)中 ， 很少單獨使用 I調(diào)節(jié) ， 而基本采用 PI調(diào)節(jié)代替純 I調(diào)節(jié) 。 ? 增大積分速度降低系統(tǒng)的穩(wěn)定程度 。 3 積分速度對于調(diào)節(jié)過程的影響 積分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 40 ? 積分速度 （ 積分常數(shù) ） 的大小對調(diào)節(jié)過程影響 ： ?增大積分速度 ? 調(diào)節(jié)閥的速度加快 ， 但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低 ? 當積分速度大到超過某一臨界值時 ，整個系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定 ， 出現(xiàn)發(fā)散的振蕩過程 。 ?減小積分速度 ? 調(diào)節(jié)閥的速度減慢 ， 結(jié)果是系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加了 ， 但調(diào)節(jié)速度變慢 ? 當積分常數(shù)小到某一臨界值時 ， 調(diào)節(jié)過程變?yōu)榉钦袷庍^程 。 積分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 42 ? 對于同一被控對象若分別采用 P調(diào)節(jié)和 I調(diào)節(jié)，并調(diào)整到相同的衰減率 ψ ＝ 0． 75，則它們在負荷擾動下的調(diào)節(jié)過程如圖 47中曲線 P和 I所示。 積分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 43 圖 P與 I 調(diào)節(jié)過程的比較 結(jié)論： ? P調(diào)節(jié)有余差 ? I調(diào)節(jié)沒有余差，但超調(diào)大，不如 P穩(wěn)定 積分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 44 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 45 1 比例積分 （ PI） 調(diào)節(jié) ? 積分調(diào)節(jié)可以消除靜差 ,但有滯后現(xiàn)象，比例調(diào)節(jié)沒有滯后現(xiàn)象，但存在靜差。 比例積分的調(diào)節(jié)規(guī)律 46 PI調(diào)節(jié)規(guī)律為： )1(1( 4 . 6 ) 000??????tItPe d tTeue d tSeKu?式中 δ —— 比例帶（可視情況取正值或負值） TI —— 積分時間 δ 和 TI 是 PI調(diào)節(jié)器的兩個重要參數(shù)。 當 t= TI時 ， 調(diào)節(jié)器的總輸出為 2Δ e／ δ 。 ? TI可以衡量積分部分在總輸出中所占的比重： TI愈小 ， 積分部分所占的比重愈大 。 ? 積分部分的閥位輸出使調(diào)節(jié)閥開度最終得以到達抵消擾動所需的位置 。 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。 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 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。 ? 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 。 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。 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。 ? 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。 ? 設 t。 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。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)。這就是積分飽和現(xiàn)象。 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。 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 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。 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) )。 ?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。 微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 73 ? 注意： 。 。 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。 ? 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 。 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 。 反之 Ti大則積分作用弱 。 ? 積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合 ， 組成 PI調(diào)節(jié)器或 PID調(diào)節(jié)器 。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能 。 ? 微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的微分調(diào)節(jié)， 對系統(tǒng)抗干擾不利 。 ? 微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成 PD或 PID控制器。 dtdeSeKuc 2??)(1 dtdeTeu D?? ?83 ? PD調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)應為 ? 但嚴格按 (413)式動作的調(diào)節(jié)器在物理上是不能實現(xiàn)的。工業(yè)調(diào)節(jié)器的微分增益一般在 510范圍內(nèi) 。 ? 理想的微分調(diào)節(jié)是不能單獨使用的，它總是依附于比例調(diào)節(jié)或比例積分調(diào)節(jié)的。微分動作的引入使輸出的變化提前一段時間發(fā)生，而這段時間就等于 TD。 比例微分控制的調(diào)節(jié)規(guī)律 88 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 89 ? PD調(diào)節(jié)也是有差調(diào)節(jié) ∵ 在穩(wěn)態(tài)下 ， de／ dt＝ 0， PD調(diào)節(jié)器的微分部分輸出為零 ， 因此 ， 此時 PD調(diào)節(jié)與 P調(diào)節(jié)相同 。 比例微分調(diào)節(jié)的特點 90 ? 微分調(diào)節(jié)也有不利之處： ?微分動作太強容易導致調(diào)節(jié)閥開度向兩端飽和 ? 在 PD調(diào)節(jié)中總是以比例動作為主 ，