自動化儀表與過程控制第八講

1、第八講第八講 PID及調節(jié)器及調節(jié)器e() 0PVt(s)PVFSV=00PV%t(s)trts PVSVF=0給定階躍響應干擾階躍響應Go(s)Gv(s)Gc(s)Gf (s)SVPVFeu+-廣義對象G(s)t0第八講第八講 PID及調節(jié)器及調節(jié)器一、理想PID算法（1）1、比例作用P （以 為例 ）初始狀態(tài)（原穩(wěn)態(tài)）：t t0 , e = 0 , SV = PV = 0 ,u = 0動態(tài)調節(jié)過程：t = t0 時，SV 階躍，SV =最終平衡（新穩(wěn)態(tài)）：SV 比例調節(jié)有靜差，e（） 0 。 Kc越大，靜差越小（Kc ， ） Kc越大，上升時間縮短，響應速度加快，（Kc V 快 ） 但穩(wěn)定

2、性變差，容易引起振蕩（調節(jié)過頭，e從 + 變 - ，振蕩）所以，Kc要適當，應兼顧靜差和穩(wěn)定性的矛盾。SVSV SVG（s）PVueeGc（s）最后平衡，達到新穩(wěn)態(tài)cK*KSVe1SVK*KK*KPVcc1cK*KSVe1SVK*KKucc1e*KucccpKsG,sTKsG）（）（1第八講第八講 PID及調節(jié)器及調節(jié)器一、理想PID算法（2）2、增加積分作用I 積分作用主要在于消除靜差（穩(wěn)態(tài)時e = 0 ）。 積分作用降低動態(tài)品質，如調節(jié)速度變慢，穩(wěn)定性變差，超調和振蕩加劇。 一般要和比例作用配合組成 PI 調節(jié)。新穩(wěn)態(tài)：SVPV PVSVee 0ue = 0PV循環(huán)e 0進入新穩(wěn)態(tài)KSVu

3、 第八講第八講 PID及調節(jié)器及調節(jié)器一、理想PID算法（3）3、增加微分作用Ddt)t (de*Td 表示偏差e（t）的變化率大小，也就是說在控制量U 中，還考慮了預測偏差變化的趨勢而應該增加的控制量部分。當偏差變化較大時，增大控制量，以迅速校小偏差。 微分作用主要在于改善動態(tài)品質，如加快調節(jié)速度，同時抑制超調和 振蕩，提高穩(wěn)定性。 不能消除靜差。 一般配合組成 PD 或 PID 調節(jié)。第八講第八講 PID及調節(jié)器及調節(jié)器一、理想PID算法（4）dt)t (de*Kdt)t ( e*K)t ( e*K)t (udtip0P I D)s*Ts*T(P)s*Ts*T(K)s( e)s(u)s(G

4、didicc11111其中，Kc稱為比例系數或P稱為比例度、Ti為積分時間、Td為微分時間euttEtETPi1EP11EPTd00DPI4、PID第八講第八講 PID及調節(jié)器及調節(jié)器一、理想PID算法（5）比例調節(jié)：對干擾及時有力地抑制，對給定變化有快速高效地跟隨，即縮小偏差；但調節(jié)有靜差。積分調節(jié)：清除靜差；但動態(tài)品質會惡化，包括調節(jié)時間、上升時間加長，超 調加大，振蕩加劇。微分調節(jié)：提高調節(jié)動態(tài)品質，即加快調節(jié)速度，減小超調和振蕩； 只能短時間起作用，對偏差 大小無效僅對其變化有作用，且易受干擾。因此常用增加慣性環(huán)節(jié)的實際微分調節(jié)。PID調節(jié)：平衡協調P、I、D三種調節(jié)作用的強弱，使調節(jié)

5、過程既快速敏捷又平穩(wěn)準 確，達到良好 的動、靜態(tài)品質。其中P運算承擔主要調節(jié)任務，在大偏差 時，迅速有力地縮小偏差； D運算是主要在調節(jié)起始階段，改善動態(tài)品質； I運算主要是在調節(jié)結束階段清除靜差。第八講第八講 PID及調節(jié)器及調節(jié)器二、實際PID算法（1）死區(qū)：為防止偏差在小范圍時頻繁調節(jié)或動作振蕩，引入死區(qū)。 | e | 時，切除積分作用，只留PD調節(jié)。實際微分：為防止微分引入高頻干擾，加入慣性濾波，改造理態(tài)微分。)sKTsTsT(K)s(Gdddicc111第八講第八講 PID及調節(jié)器（續(xù)）及調節(jié)器（續(xù)）二、實際PID算法（2）e階躍響應：微分部分積分部分比例部分tt00ut0EKcEK

6、cEKcEPID第八講第八講 PID及調節(jié)器（續(xù)）及調節(jié)器（續(xù)）三、數字PID算法（理想PID）位置算法：增量算法：ninndiincnTee*TT*eTeKu011nnnuuu1)eee(TTe*TT)ee(Kunnndninnc2112其中，T為采樣周期，下標n代表當前采樣或控制信號，下標n-1代表前次采樣或控制信號第八講第八講 PID及調節(jié)器（續(xù)）及調節(jié)器（續(xù)）四、模擬PID調節(jié)器（1）第八講第八講 PID及調節(jié)器（續(xù)）及調節(jié)器（續(xù)）四、模擬PID調節(jié)器（2）輸入電路（簡化）RVRVVRVVViB012100RVRVVRVVsB)VV(Vis 201+ - A1RRRRRRRo Ro V

7、o1VsViVB第八講第八講 PID及調節(jié)器（續(xù)）及調節(jié)器（續(xù)）四、模擬PID調節(jié)器（3）PI運算電路（簡化）dtdV*CRV)t (IoIIo111dt)V(d*C)t (IoM220toIIoMIodt)t (VIR)t (VCC)t (V01121)sT(K)sCR(CC)s(V)s(ViiIIMIoo111112 稱為積分時間。IIiCRT + - A2Vo1Vo2RICII2I1CM第八講第八講 PID及調節(jié)器（續(xù)）及調節(jié)器（續(xù)）四、模擬PID調節(jié)器（4）PD運算電路（簡化）sCR)s(VnnIDDod112DDdCR*nT 稱為微分時間。sKTsT*nsCRsCnR*n)s(V)s(VdddDDDDoo111123Vo3Vo2 + - A3 V02RDCDRp1Idn1Id021VnRIVddVVV031第八講第八講 PID及調節(jié)器（續(xù)）及調節(jié)器（續(xù)）四、模擬PID調節(jié)器（5）輸出電路（簡化）BBVR*RRVV223244413R*RRVVVVVoBfffofR*IV 24oBfooIIIIIfoo