第2章2PI控制

1、2.2 最基本的控制方法最基本的控制方法 pid控制控制 比例比例-積分積分-微分微分控制的結(jié)構(gòu)控制的結(jié)構(gòu) dt)t (dekdt)t ( ek)t ( ek)t (udip比例作用比例作用誤差誤差e e積分作用積分作用微分作用微分作用控制量控制量u u比例、積分、微分作用可根據(jù)需要進(jìn)行比例、積分、微分作用可根據(jù)需要進(jìn)行不同組合不同組合如如 p控制、控制、pi控制、控制、pd控制、控制、pid控制?？刂啤＠核疁卣{(diào)節(jié)系統(tǒng)例：水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制輸入：進(jìn)水口的熱水流量與冷水流量之比控制輸入：進(jìn)水口的熱水流量與冷水流量之比受控變量：出水口的水溫受控變量：出水口的水溫控制目標(biāo)：保持出水溫度基本恒定控制目

2、標(biāo)：保持出水溫度基本恒定各種擾動(dòng)：進(jìn)水口水溫和水壓的波動(dòng)、環(huán)境溫度各種擾動(dòng)：進(jìn)水口水溫和水壓的波動(dòng)、環(huán)境溫度變化、用戶的用水量變化等變化、用戶的用水量變化等 熱水熱水冷水冷水溫?zé)崴疁責(zé)崴{(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥水溫反饋控制系統(tǒng)水溫反饋控制系統(tǒng) 總的控制思路：若水溫偏低，則增大控制輸入，總的控制思路：若水溫偏低，則增大控制輸入，即增大熱即增大熱/冷水流量的比值；反之，若水溫偏高，冷水流量的比值；反之，若水溫偏高，則減小控制輸入。則減小控制輸入。熱水熱水冷水冷水溫?zé)崴疁責(zé)崴{(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥水溫檢測(cè)水溫檢測(cè)控制裝置控制裝置期望期望水溫水溫水溫調(diào)節(jié)的比例控制作用水溫調(diào)節(jié)的比例控制作用 若水溫偏低，則水溫低得越多，就使

3、控制輸入若水溫偏低，則水溫低得越多，就使控制輸入增大得越多；反之，若水溫偏高，則水溫高得增大得越多；反之，若水溫偏高，則水溫高得越多，就使控制輸入減小得越多。越多，就使控制輸入減小得越多。 即控制量的大小大致與偏差成比例。即控制量的大小大致與偏差成比例。 熱水熱水冷水冷水溫?zé)崴疁責(zé)崴{(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥水溫檢測(cè)水溫檢測(cè)比例控制比例控制期望期望水溫水溫比例控制的特點(diǎn)比例控制的特點(diǎn)l比例控制的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，只有一個(gè)比例系數(shù)，比例控制的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，只有一個(gè)比例系數(shù)，可以使輸出在有擾動(dòng)的情況下基本恒定?？梢允馆敵鲈谟袛_動(dòng)的情況下基本恒定。l比例系數(shù)的設(shè)置應(yīng)適當(dāng)，過小會(huì)調(diào)節(jié)作用太弱，比例系數(shù)的設(shè)置應(yīng)適當(dāng)，過小會(huì)調(diào)

4、節(jié)作用太弱，系統(tǒng)變化過于緩慢，并產(chǎn)生較大誤差；過大就系統(tǒng)變化過于緩慢，并產(chǎn)生較大誤差；過大就會(huì)調(diào)節(jié)過頭，偏差的一點(diǎn)點(diǎn)變化會(huì)對(duì)應(yīng)產(chǎn)生很會(huì)調(diào)節(jié)過頭，偏差的一點(diǎn)點(diǎn)變化會(huì)對(duì)應(yīng)產(chǎn)生很大的控制作用，容易引起系統(tǒng)輸出上下波動(dòng)，大的控制作用，容易引起系統(tǒng)輸出上下波動(dòng)，即發(fā)生振蕩。即發(fā)生振蕩。l比例系數(shù)的確定是在響應(yīng)的快速性與平穩(wěn)性之比例系數(shù)的確定是在響應(yīng)的快速性與平穩(wěn)性之間進(jìn)行折衷。間進(jìn)行折衷。l比例調(diào)節(jié)基于偏差，不可能完全消除偏差。比例調(diào)節(jié)基于偏差，不可能完全消除偏差。水溫調(diào)節(jié)的積分控制作用水溫調(diào)節(jié)的積分控制作用 若水溫低于期望值，則將輸入增大一些，如果還沒若水溫低于期望值，則將輸入增大一些，如果還沒有達(dá)到

5、，就再增大一些，這樣一點(diǎn)一點(diǎn)地調(diào)節(jié)，直有達(dá)到，就再增大一些，這樣一點(diǎn)一點(diǎn)地調(diào)節(jié)，直到水溫合適為止；控制輸入包含對(duì)偏差的積分，即到水溫合適為止；控制輸入包含對(duì)偏差的積分，即偏差在時(shí)間上的累積，可以最終消除偏差。偏差在時(shí)間上的累積，可以最終消除偏差。 熱水熱水冷水冷水溫?zé)崴疁責(zé)崴{(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥水溫檢測(cè)水溫檢測(cè)控制裝置控制裝置期望期望水溫水溫積分控制的特點(diǎn)積分控制的特點(diǎn)l只要偏差不為零，偏差就不斷累積，從而使控制只要偏差不為零，偏差就不斷累積，從而使控制量不斷增大或減小，直到偏差為零為止。量不斷增大或減小，直到偏差為零為止。l積分作用一般和比例作用配合組成積分作用一般和比例作用配合組成pi調(diào)節(jié)器，并調(diào)

6、節(jié)器，并不單獨(dú)使用，原因是積分控制作用比較緩慢。不單獨(dú)使用，原因是積分控制作用比較緩慢。 例如，水溫很低，也就是偏差很大，本應(yīng)該大幅度增大例如，水溫很低，也就是偏差很大，本應(yīng)該大幅度增大輸入量，使水溫盡快上升，但若只有積分控制，則輸入量輸入量，使水溫盡快上升，但若只有積分控制，則輸入量只能逐漸增大，水溫上升緩慢；而比例作用則是誤差越大，只能逐漸增大，水溫上升緩慢；而比例作用則是誤差越大，控制作用越強(qiáng)。控制作用越強(qiáng)。l比例控制是最基本的、不可缺少的控制作用，積比例控制是最基本的、不可缺少的控制作用，積分控制只是配合比例控制起作用。分控制只是配合比例控制起作用。 水溫調(diào)節(jié)的微分控制作用水溫調(diào)節(jié)的微

7、分控制作用 若擾動(dòng)使水溫開始升高，則應(yīng)降低熱若擾動(dòng)使水溫開始升高，則應(yīng)降低熱/冷水比值，且冷水比值，且升溫速度越快，降低越多；反之若水溫要降低，則升溫速度越快，降低越多；反之若水溫要降低，則應(yīng)增大熱應(yīng)增大熱/冷水比值，且降低速度越快，增大越多。冷水比值，且降低速度越快，增大越多。即控制作用與水溫的變化率成正比。即控制作用與水溫的變化率成正比。 熱水熱水冷水冷水溫?zé)崴疁責(zé)崴{(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥水溫檢測(cè)水溫檢測(cè)控制裝置控制裝置期望期望水溫水溫微分控制的特點(diǎn)微分控制的特點(diǎn)l微分控制是基于偏差的變化率，水溫還沒有變，微分控制是基于偏差的變化率，水溫還沒有變，剛有變化的趨勢(shì)，調(diào)節(jié)作用就開始了，所以微分剛有變化的

8、趨勢(shì)，調(diào)節(jié)作用就開始了，所以微分控制具有控制具有“超前超前”或或“預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)”的性質(zhì)，可以及時(shí)的性質(zhì)，可以及時(shí)地抑制水溫的變化。地抑制水溫的變化。 l微分控制只在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程中起作用，系統(tǒng)達(dá)微分控制只在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程中起作用，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后微分作用對(duì)控制量沒有影響，所以不能到穩(wěn)態(tài)后微分作用對(duì)控制量沒有影響，所以不能單獨(dú)使用，一般是和比例、積分作用一起構(gòu)成單獨(dú)使用，一般是和比例、積分作用一起構(gòu)成pd 或或pid調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。l微分會(huì)放大高頻噪聲信號(hào)，且頻率越高，放大得微分會(huì)放大高頻噪聲信號(hào)，且頻率越高，放大得越厲害，因此通常要配置一個(gè)能夠過濾掉高頻信越厲害，因此通常要配置一個(gè)能夠過濾掉高頻信號(hào)

9、的低通濾波器。號(hào)的低通濾波器。 pid控制的優(yōu)、缺點(diǎn)控制的優(yōu)、缺點(diǎn) lpid控制簡(jiǎn)單實(shí)用，工作原理簡(jiǎn)單，物理意義清楚，控制簡(jiǎn)單實(shí)用，工作原理簡(jiǎn)單，物理意義清楚，一線的工程師很容易理解和接受。一線的工程師很容易理解和接受。lpid控制的設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)參數(shù)少，且調(diào)整方針明確?？刂频脑O(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)參數(shù)少，且調(diào)整方針明確。lpid控制是一種通用控制方式，廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)控制是一種通用控制方式，廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合，且不斷改進(jìn)和完善，如偏差小到一定程度才投合，且不斷改進(jìn)和完善，如偏差小到一定程度才投入積分作用的入積分作用的“積分分離積分分離” 控制、能自動(dòng)計(jì)算控控制、能自動(dòng)計(jì)算控制參數(shù)的參數(shù)自整定制參數(shù)的參數(shù)自整定pid控制、能隨時(shí)根據(jù)系統(tǒng)狀控制、能隨時(shí)根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)整控制參數(shù)的