控制系統(tǒng)校正(PID)

1、2022-5-1第六章 控制系統(tǒng)的校正125.1 5.1 基本概念基本概念5.2 5.2 基本基本PIDPID控制算法控制算法5.35.3 PIDPID參數(shù)對(duì)控制性能的影響參數(shù)對(duì)控制性能的影響5.4 PID5.4 PID參數(shù)確定參數(shù)確定3設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)一般經(jīng)過(guò)以下三步設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)一般經(jīng)過(guò)以下三步: :v根據(jù)任務(wù)要求，根據(jù)任務(wù)要求，選定控制對(duì)象選定控制對(duì)象；v根據(jù)性能指標(biāo)的要求，確定系統(tǒng)的控制規(guī)律，并根據(jù)性能指標(biāo)的要求，確定系統(tǒng)的控制規(guī)律，并設(shè)計(jì)出滿足這個(gè)設(shè)計(jì)出滿足這個(gè)控制規(guī)律的控制器控制規(guī)律的控制器，初步選定構(gòu)成控制器的元器件；，初步選定構(gòu)成控制器的元器件；v將選定的控制對(duì)象和控

2、制器組成控制系統(tǒng)，如果構(gòu)成的系統(tǒng)不能將選定的控制對(duì)象和控制器組成控制系統(tǒng)，如果構(gòu)成的系統(tǒng)不能滿足或不能全部滿足設(shè)計(jì)要求的性能指標(biāo)，還必須滿足或不能全部滿足設(shè)計(jì)要求的性能指標(biāo)，還必須增加合適的元增加合適的元件件，按一定的方式連接到原系統(tǒng)中，使重新組合起來(lái)的系統(tǒng)全面，按一定的方式連接到原系統(tǒng)中，使重新組合起來(lái)的系統(tǒng)全面滿足設(shè)計(jì)要求。滿足設(shè)計(jì)要求。 原系統(tǒng)原系統(tǒng)控制器控制器控制對(duì)象控制對(duì)象校正系統(tǒng)校正系統(tǒng)原系統(tǒng)原系統(tǒng)校正裝置校正裝置 能使系統(tǒng)的控制性能滿足控制要求而有目的地增添的元件能使系統(tǒng)的控制性能滿足控制要求而有目的地增添的元件稱為控制系統(tǒng)的稱為控制系統(tǒng)的校正元件校正元件或稱或稱校正裝置校正裝置

3、.圖圖5 51 1 系統(tǒng)綜合與校正示意圖系統(tǒng)綜合與校正示意圖4v必須指出，并非所有經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)都要經(jīng)過(guò)綜合與校正必須指出，并非所有經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)都要經(jīng)過(guò)綜合與校正這一步驟，對(duì)于控制精度和穩(wěn)定性能都要求較高的系統(tǒng)，這一步驟，對(duì)于控制精度和穩(wěn)定性能都要求較高的系統(tǒng)，往往需要引入校正裝置才能使原系統(tǒng)的性能得到充分的改往往需要引入校正裝置才能使原系統(tǒng)的性能得到充分的改善和補(bǔ)償。反之，若原系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)就簡(jiǎn)單而且控制規(guī)律善和補(bǔ)償。反之，若原系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)就簡(jiǎn)單而且控制規(guī)律與性能指標(biāo)要求又不高，通過(guò)調(diào)整其控制器的放大系數(shù)就與性能指標(biāo)要求又不高，通過(guò)調(diào)整其控制器的放大系數(shù)就能使系統(tǒng)滿足實(shí)際要求的性能指標(biāo)。能使

4、系統(tǒng)滿足實(shí)際要求的性能指標(biāo)。l 控制系統(tǒng)包括兩部分控制系統(tǒng)包括兩部分不可變部分：執(zhí)行元件和測(cè)量元件一旦選定，其參數(shù)和結(jié)不可變部分：執(zhí)行元件和測(cè)量元件一旦選定，其參數(shù)和結(jié)構(gòu)就固定了。構(gòu)就固定了?？勺儾糠郑寒?dāng)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)放大元件的參數(shù)仍不能滿足系可變部分：當(dāng)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)放大元件的參數(shù)仍不能滿足系統(tǒng)性能指標(biāo)時(shí)，我們要加入附加裝置來(lái)改善系統(tǒng)性能。統(tǒng)性能指標(biāo)時(shí)，我們要加入附加裝置來(lái)改善系統(tǒng)性能。我們稱之為校正裝置。我們稱之為校正裝置。l 校正的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)系統(tǒng)的零極點(diǎn)來(lái)改變系統(tǒng)性能。校正的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)系統(tǒng)的零極點(diǎn)來(lái)改變系統(tǒng)性能。5系統(tǒng)性能指標(biāo)系統(tǒng)性能指標(biāo) 時(shí)域指標(biāo)時(shí)域指標(biāo),pst超調(diào)量調(diào)節(jié)時(shí)間,pva靜

5、態(tài)誤差系數(shù)KK ,K常常將時(shí)域指標(biāo)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的頻域指標(biāo)進(jìn)行校正裝置的常常將時(shí)域指標(biāo)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的頻域指標(biāo)進(jìn)行校正裝置的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 閉環(huán)頻域指標(biāo)閉環(huán)頻域指標(biāo),rMr諧振峰值諧振頻率b帶寬頻率 開環(huán)頻域指標(biāo)開環(huán)頻域指標(biāo)c剪切頻率,gK幅值裕度相角裕度6系統(tǒng)分析與校正的差別系統(tǒng)分析與校正的差別: :v系統(tǒng)分析的任務(wù)是根據(jù)已知的系統(tǒng)，求出系統(tǒng)的性能指標(biāo)系統(tǒng)分析的任務(wù)是根據(jù)已知的系統(tǒng)，求出系統(tǒng)的性能指標(biāo)和分析這些性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系，分析的結(jié)果和分析這些性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系，分析的結(jié)果具有唯一性。具有唯一性。v系統(tǒng)的綜合與校正的任務(wù)是根據(jù)控制系統(tǒng)應(yīng)具備的性能指系統(tǒng)的綜合與校正的任務(wù)是根據(jù)控制

6、系統(tǒng)應(yīng)具備的性能指標(biāo)以及原系統(tǒng)在性能指標(biāo)上的缺陷來(lái)確定校正裝置標(biāo)以及原系統(tǒng)在性能指標(biāo)上的缺陷來(lái)確定校正裝置( (元件元件) )的結(jié)構(gòu)、參數(shù)和連接方式。從邏輯上講，系統(tǒng)的綜合與校的結(jié)構(gòu)、參數(shù)和連接方式。從邏輯上講，系統(tǒng)的綜合與校正是系統(tǒng)分析的逆問(wèn)題。同時(shí)，正是系統(tǒng)分析的逆問(wèn)題。同時(shí)，滿足系統(tǒng)性能指標(biāo)的校正滿足系統(tǒng)性能指標(biāo)的校正裝置的結(jié)構(gòu)、參數(shù)和連接方式不是唯一的裝置的結(jié)構(gòu)、參數(shù)和連接方式不是唯一的，需對(duì)系統(tǒng)各方，需對(duì)系統(tǒng)各方面性能、成本、體積、重量以及可行性綜合考慮，選出最面性能、成本、體積、重量以及可行性綜合考慮，選出最佳方案佳方案. .7 校正裝置的連接方式校正裝置的連接方式: :(1)(1

7、)串聯(lián)校正串聯(lián)校正(2)(2)反饋校正反饋校正(3)(3)前饋校正前饋校正G Gc c(s): (s): 校正裝置傳遞函數(shù)校正裝置傳遞函數(shù)G(s): G(s): 原系統(tǒng)前向通道的傳遞函數(shù)原系統(tǒng)前向通道的傳遞函數(shù)H(s): H(s): 原系統(tǒng)反饋通道的傳遞函數(shù)原系統(tǒng)反饋通道的傳遞函數(shù)8串聯(lián)校正串聯(lián)校正 串聯(lián)校正的接入位置應(yīng)視校正裝置本身的物理串聯(lián)校正的接入位置應(yīng)視校正裝置本身的物理特性和原系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)而定。一般情況下，對(duì)于體積小、特性和原系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)而定。一般情況下，對(duì)于體積小、重量輕、容量小的校正裝置重量輕、容量小的校正裝置( (電器裝置居多電器裝置居多) )，常加在，常加在系統(tǒng)信號(hào)容量不大的地方

8、，即比較靠近輸入信號(hào)的前系統(tǒng)信號(hào)容量不大的地方，即比較靠近輸入信號(hào)的前向通道中。相反，對(duì)于體積、重量、容量較大的校正向通道中。相反，對(duì)于體積、重量、容量較大的校正裝置裝置( (如無(wú)源網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械、液壓、氣動(dòng)裝置等如無(wú)源網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械、液壓、氣動(dòng)裝置等) )，常串，常串接在容量較大的部位，即比較靠近輸出信號(hào)的前向通接在容量較大的部位，即比較靠近輸出信號(hào)的前向通道中。道中。Gc(s)G(s)H(s)R(s)Y(s)-62 串聯(lián)校正串聯(lián)校正9反饋校正反饋校正反饋校正是將校正裝置反饋校正是將校正裝置Gc(s)Gc(s)反向并接在原系統(tǒng)前向通道反向并接在原系統(tǒng)前向通道的一個(gè)或幾個(gè)環(huán)節(jié)上，構(gòu)成局部反饋回路。的一

9、個(gè)或幾個(gè)環(huán)節(jié)上，構(gòu)成局部反饋回路。G1(s)G2(s)Gc(s)H(s)R(s)Y(s) 由于反饋校正裝置的輸入端信號(hào)取自于原系統(tǒng)的輸出端或原系由于反饋校正裝置的輸入端信號(hào)取自于原系統(tǒng)的輸出端或原系統(tǒng)前向通道中某個(gè)環(huán)節(jié)的輸出端，信號(hào)功率一般都比較大，因此統(tǒng)前向通道中某個(gè)環(huán)節(jié)的輸出端，信號(hào)功率一般都比較大，因此,在在校正裝置中不需要設(shè)置放大電路，有利于校正裝置的簡(jiǎn)化。但由于校正裝置中不需要設(shè)置放大電路，有利于校正裝置的簡(jiǎn)化。但由于輸入信號(hào)功率比較大，校正裝置的容量和體積相應(yīng)要大一些。輸入信號(hào)功率比較大，校正裝置的容量和體積相應(yīng)要大一些。圖圖64 反饋校正反饋校正10前饋校正：前饋校正：根據(jù)參考輸

10、入或擾動(dòng)輸入的大小進(jìn)行，根據(jù)參考輸入或擾動(dòng)輸入的大小進(jìn)行，適合開環(huán)或閉環(huán)，為復(fù)合控制適合開環(huán)或閉環(huán)，為復(fù)合控制+-1()GS2()GS()nGSN(s)+-1()GS2()GSR(s)( )rG SR(s)Y(s)Y(s)11v串聯(lián)校正方式：串聯(lián)校正方式：PIDPID 比例、積分、微分比例、積分、微分 vPIDPID控制在工業(yè)上比較?？刂圃诠I(yè)上比較常用。其工作原理可由用。其工作原理可由比例比例(P)(P)、積分、積分(I)(I)、微分、微分(D)(D)三環(huán)節(jié)并聯(lián)直觀地說(shuō)明。三環(huán)節(jié)并聯(lián)直觀地說(shuō)明。sTsTKsEsUsGdicc11)()()(頻域形式：tdicdttdeTdeTteKtu0)(

11、)(1)()(時(shí)域形式：)(sU)(sEsTKiccKsTKdc12v為什么在工業(yè)過(guò)程控制中大都（將近為什么在工業(yè)過(guò)程控制中大都（將近90%90%以上）采用以上）采用PIDPID控制器？控制器？PIDPID控制器作為工業(yè)控制中的主導(dǎo)控制器結(jié)構(gòu)，其控制器作為工業(yè)控制中的主導(dǎo)控制器結(jié)構(gòu)，其獲得成功應(yīng)用的關(guān)鍵在于，大多數(shù)過(guò)程可由低階動(dòng)獲得成功應(yīng)用的關(guān)鍵在于，大多數(shù)過(guò)程可由低階動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)（一階或二階慣性加純滯后）近似逼近，而態(tài)環(huán)節(jié)（一階或二階慣性加純滯后）近似逼近，而針對(duì)此類過(guò)程針對(duì)此類過(guò)程,PID,PID控制器代表了在不知道被控對(duì)象控制器代表了在不知道被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上一個(gè)實(shí)用而廉價(jià)的解。數(shù)學(xué)模

12、型的基礎(chǔ)上一個(gè)實(shí)用而廉價(jià)的解。PIDPID不需不需要依賴于系統(tǒng)的傳函。要依賴于系統(tǒng)的傳函。13v比例比例(P)(P)控制控制v積分積分(I)(I)控制控制v比例積分比例積分(PI)(PI)控制控制v微分微分(D)(D)控制控制v比例微分比例微分(PD)(PD)控制控制v比例積分比例積分微分微分(PID)(PID)控制控制v基本基本PIDPID控制算法小結(jié)控制算法小結(jié)145.2.1 5.2.1 比例比例(P)(P)控制控制v比例（比例（P P）作用：）作用：+ +- -)(sR)(sGc)(sY)(sU)(sEsT1eKcsc 假設(shè)在初始穩(wěn)態(tài)（平衡）條件下，有假設(shè)在初始穩(wěn)態(tài)（平衡）條件下，有0)

13、0( , 0)0()0()0(uyre)( ),( ),(tutytr當(dāng)當(dāng) 時(shí)，在外界擾動(dòng)影響下，實(shí)際各變量為：時(shí)，在外界擾動(dòng)影響下，實(shí)際各變量為： 0t )()(teKtup Kp 為比例增益為比例增益15)()(),()()(),()()( uKytutytrKtytrtecp )(11)(rKKepc 以上結(jié)果也可直接從以上結(jié)果也可直接從靜態(tài)比例控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖靜態(tài)比例控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖獲得。由上式可以看到，獲得。由上式可以看到，控制器的比例增益越大，控控制器的比例增益越大，控制穩(wěn)態(tài)誤差越小。但降低系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，甚至可制穩(wěn)態(tài)誤差越小。但降低系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，甚至可能造成閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)

14、定。能造成閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定?？紤]設(shè)定值階躍擾動(dòng)，在考慮設(shè)定值階躍擾動(dòng)，在 下，有式：下，有式：0)()( rtr在穩(wěn)態(tài)條件下，即當(dāng)在穩(wěn)態(tài)條件下，即當(dāng) 時(shí)，設(shè)定值階躍輸入導(dǎo)時(shí)，設(shè)定值階躍輸入導(dǎo)致的穩(wěn)態(tài)偏差為：致的穩(wěn)態(tài)偏差為： t16v優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)比例控制比例控制及時(shí)、快速、控制作用強(qiáng)及時(shí)、快速、控制作用強(qiáng)，可，可提高系統(tǒng)的提高系統(tǒng)的控制精度控制精度（即可降低系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差）。（即可降低系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差）。但其具有致命的缺點(diǎn)但其具有致命的缺點(diǎn)有有穩(wěn)態(tài)偏差且降低相對(duì)穩(wěn)穩(wěn)態(tài)偏差且降低相對(duì)穩(wěn)定性甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定定性甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。 當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生后，經(jīng)過(guò)比例控制，系統(tǒng)雖然能達(dá)到當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生后，經(jīng)過(guò)比例控制，系統(tǒng)

15、雖然能達(dá)到新的穩(wěn)定，但是永遠(yuǎn)回不到原來(lái)的給定值上。也就新的穩(wěn)定，但是永遠(yuǎn)回不到原來(lái)的給定值上。也就是說(shuō)，新的平衡值相對(duì)于原來(lái)地平衡值有一差值。是說(shuō)，新的平衡值相對(duì)于原來(lái)地平衡值有一差值。 由第四章可知，比例控制使得穩(wěn)定裕度減小，甚由第四章可知，比例控制使得穩(wěn)定裕度減小，甚至小于至小于0 0 。 175.2.2 5.2.2 積分積分(I)(I)控制控制v積分作用：積分作用： tideTtu0)(1)( 優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)n 前向通道上前向通道上提高控制系統(tǒng)的型別提高控制系統(tǒng)的型別，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。度。n 積分作用在控制中會(huì)造成過(guò)調(diào)現(xiàn)象，乃至引起被控參積分作用在控制中會(huì)造成過(guò)調(diào)現(xiàn)象

16、，乃至引起被控參數(shù)的振蕩。因?yàn)閿?shù)的振蕩。因?yàn)閡(t)的大小及方向，只決定于偏差的大小及方向，只決定于偏差e(t)的的大小及方向，而不考慮其變化速度的大小及方向。大小及方向，而不考慮其變化速度的大小及方向。n 積分作用滯后積分作用滯后9090度，對(duì)穩(wěn)定性不利度，對(duì)穩(wěn)定性不利；且調(diào)節(jié)緩慢，不；且調(diào)節(jié)緩慢，不及時(shí)。及時(shí)。( )1( )iU sE sTs傳遞函數(shù)為iT定義：定義： 為為“積分時(shí)間常數(shù)積分時(shí)間常數(shù)”。185.2.3 5.2.3 比例積分比例積分(PI)(PI)控制控制 在前向通道上，相當(dāng)于系統(tǒng)增加了一個(gè)位于原點(diǎn)的極點(diǎn)，和在前向通道上，相當(dāng)于系統(tǒng)增加了一個(gè)位于原點(diǎn)的極點(diǎn)，和一個(gè)一個(gè)s s左

17、半平面的零點(diǎn)，該零點(diǎn)可以抵消極點(diǎn)所產(chǎn)生的相位滯左半平面的零點(diǎn)，該零點(diǎn)可以抵消極點(diǎn)所產(chǎn)生的相位滯后，以緩和積分環(huán)節(jié)帶來(lái)的對(duì)穩(wěn)定性不利的影響。后，以緩和積分環(huán)節(jié)帶來(lái)的對(duì)穩(wěn)定性不利的影響。 比例積分作用是比例作用和積分作用的綜合比例積分作用是比例作用和積分作用的綜合01( )( )( ) ,tpiu tKe tedT1( )1( )piU sKE sTs+ +- -(t)r)11 (sTKip )(ty)(tue(t)sTeKCsC 1 19v積分控制器的階躍響應(yīng)特性：積分控制器的階躍響應(yīng)特性：iTeKc比例作用比例作用t)(tut比例積分作用比例積分作用)(te在單位階躍偏差輸入條在單位階躍偏差輸

18、入條件下，每過(guò)一個(gè)積分時(shí)件下，每過(guò)一個(gè)積分時(shí)間常數(shù)時(shí)間間常數(shù)時(shí)間 ，積分，積分項(xiàng)產(chǎn)生一個(gè)比例作用的項(xiàng)產(chǎn)生一個(gè)比例作用的效果。以此來(lái)測(cè)量效果。以此來(lái)測(cè)量 的的大小。大小。iTiT比例積分作用主要用來(lái)改比例積分作用主要用來(lái)改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能205.2.4 5.2.4 微分微分(D)(D)控制控制v微分作用：微分作用： 微分作用是微分作用是根據(jù)偏差變化的速度大小來(lái)修正控制根據(jù)偏差變化的速度大小來(lái)修正控制?？??？煞Q為稱為“超前超前”控制作用，能有效地改善容積滯后比較控制作用，能有效地改善容積滯后比較大的被控對(duì)象的控制質(zhì)量。大的被控對(duì)象的控制質(zhì)量。微分作用總是阻止被控參數(shù)的任何變化。微分

19、作用總是阻止被控參數(shù)的任何變化。適當(dāng)?shù)丶尤胛⒎挚刂?，適當(dāng)?shù)丶尤胛⒎挚刂?，可有效抑制振蕩、提高系統(tǒng)的可有效抑制振蕩、提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。動(dòng)態(tài)性能。實(shí)際中的微分控制由比例作用和近似微分作用組成。實(shí)際中的微分控制由比例作用和近似微分作用組成。dtedTud215.2.5 5.2.5 比例微分比例微分(PD)(PD)控制控制比例微分作用是比例作用和微分作用的綜合比例微分作用是比例作用和微分作用的綜合+ +- -(t)r)1 (sTKdp )(ty)(tue(t)sTeKCsC 1 ( )( )( )pdde tu tKe tTdt( )1( )pdU sKT s E s22v微分控制器的階躍響應(yīng)特性微

20、分控制器的階躍響應(yīng)特性dTdtdeTd比例作用比例作用t)(tut比例微分作用比例微分作用)(te斜坡輸入斜坡輸入 在斜坡輸入條件在斜坡輸入條件下，要達(dá)到同樣下，要達(dá)到同樣的的u u( (t t) )，PDPD作用作用要比單純要比單純P P作用作用快，提前的時(shí)間快，提前的時(shí)間就是就是TdTd。23例：如下圖所示，當(dāng)例：如下圖所示，當(dāng)Td為為0 0和不為和不為0 0時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)有何區(qū)時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)有何區(qū)別？別？+ +- -(t)r)1 (sTKdp )(ty)(tue(t)sTeKPsP 1 21J s解：當(dāng)解：當(dāng)T Td d為為0 0時(shí)系統(tǒng)閉環(huán)傳函為時(shí)系統(tǒng)閉環(huán)傳函為2( )( )ppKC

21、 sR sJsK這是二階無(wú)阻尼臨界穩(wěn)定系統(tǒng)。這是二階無(wú)阻尼臨界穩(wěn)定系統(tǒng)。C(t)0t10,pnKJ其中其中系統(tǒng)響應(yīng)曲線如上所示。系統(tǒng)響應(yīng)曲線如上所示。24由特征方程可知，當(dāng)由特征方程可知，當(dāng) ，系統(tǒng)的，系統(tǒng)的 。,0pdJ KT 00C(t)1t當(dāng)當(dāng)T Td d不等于不等于0 0時(shí)系統(tǒng)閉環(huán)傳函為時(shí)系統(tǒng)閉環(huán)傳函為2(1)( )( )pdpdpKT sC sR sJsK T sK系統(tǒng)響應(yīng)曲線如下所示。系統(tǒng)響應(yīng)曲線如下所示?？梢娢⒎挚刂圃隹梢娢⒎挚刂圃黾拥南到y(tǒng)的阻尼，加的系統(tǒng)的阻尼，有助于改善系統(tǒng)有助于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。的動(dòng)態(tài)性能。255.2.6 5.2.6 比例積分比例積分微分微分(PID)(P

22、ID)控制控制vPIDPID控制控制包含上述三種控制規(guī)律的調(diào)節(jié)器稱為包含上述三種控制規(guī)律的調(diào)節(jié)器稱為PIDPID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器它可以結(jié)合三種作用的優(yōu)點(diǎn)（積分改善穩(wěn)態(tài)性能，微分改它可以結(jié)合三種作用的優(yōu)點(diǎn)（積分改善穩(wěn)態(tài)性能，微分改善動(dòng)態(tài)性能），較好的滿足生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的要求。根善動(dòng)態(tài)性能），較好的滿足生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的要求。根據(jù)實(shí)際情況選擇其三個(gè)參數(shù)：據(jù)實(shí)際情況選擇其三個(gè)參數(shù)：K Kp p 、T Ti i、T Td d01( )( )( )( )tpdide tu tKe tedTTdt( )11( )pdiU sKT sE sTs26基本基本PIDPID控制算法小結(jié)控制算法小結(jié)cKsEsU)()

23、(P ：sTsTKsEsUdic11)()(PID ：sTKsEsUic11)()(PI ：01( )( )( )tciu tKe tedT01( )( )( )( )tcdide tu tKe tedTTdt( )( )cu tK e t27vK Kp p 對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響增益增益 K Kp p 的增大，使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用增強(qiáng)，但穩(wěn)定性下的增大，使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用增強(qiáng)，但穩(wěn)定性下降；降；vT Ti i 對(duì)系統(tǒng)性能的影響對(duì)系統(tǒng)性能的影響積分作用的增強(qiáng)（即積分作用的增強(qiáng)（即T Ti i 下降），使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差減小，下降），使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差減小，但穩(wěn)定性下降；但穩(wěn)定性下降；vT Td d

24、 對(duì)系統(tǒng)性能的影響對(duì)系統(tǒng)性能的影響微分作用的增強(qiáng)（即微分作用的增強(qiáng)（即T Td d 增大），從理論上講使系統(tǒng)的增大），從理論上講使系統(tǒng)的超前作用增強(qiáng)，穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，但高頻噪聲起放大超前作用增強(qiáng)，穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，但高頻噪聲起放大作用。因而，微分作用不適合于測(cè)量噪聲較大的對(duì)象。作用。因而，微分作用不適合于測(cè)量噪聲較大的對(duì)象。28 PIDPID參數(shù)確定的法則由齊格勒和尼柯爾斯提出，是在參數(shù)確定的法則由齊格勒和尼柯爾斯提出，是在實(shí)驗(yàn)階躍響應(yīng)的基礎(chǔ)上根據(jù)臨界穩(wěn)定系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)階躍響應(yīng)的基礎(chǔ)上根據(jù)臨界穩(wěn)定系統(tǒng)的Kp值建立值建立起來(lái)。起來(lái)。 不知道控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型時(shí)，這些法則依然有效。不知道控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模

25、型時(shí)，這些法則依然有效。因此因此PIDPID控制在實(shí)際中廣泛應(yīng)用?？刂圃趯?shí)際中廣泛應(yīng)用。 兩種方法兩種方法 動(dòng)態(tài)響應(yīng)法動(dòng)態(tài)響應(yīng)法 臨界增益法臨界增益法295.4.1 動(dòng)態(tài)響應(yīng)法動(dòng)態(tài)響應(yīng)法 步驟步驟 第一步：求取動(dòng)態(tài)響第一步：求取動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線。應(yīng)曲線。TK( )1sKeG sTs上述的上述的S S形曲線的傳函為形曲線的傳函為將其拐點(diǎn)切線和時(shí)間軸和將其拐點(diǎn)切線和時(shí)間軸和c(t)=K的交點(diǎn)可得到的交點(diǎn)可得到 和和T T的值，如上圖所示的值，如上圖所示第二步：估計(jì)被控第二步：估計(jì)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)。對(duì)象的傳遞函數(shù)。30第三步：由齊格勒尼柯爾斯給出的調(diào)整法則表，確定第三步：由齊格勒尼柯爾斯給出的調(diào)整法則

26、表，確定PIDPID參數(shù)。參數(shù)。控制器類型控制器類型K Kp pT Ti iT Td dP PPIPIPIDPID/T0.9 /T1.2 /T3.320 00 00.5因此可得因此可得21()1111.2(10.5)0.62PIDpdisTGKT ssTT sssPIDPID控制器有一個(gè)位于原點(diǎn)的極點(diǎn)和兩個(gè)左半平面的零點(diǎn)控制器有一個(gè)位于原點(diǎn)的極點(diǎn)和兩個(gè)左半平面的零點(diǎn)31 注意注意系統(tǒng)開環(huán)下測(cè)出階躍響應(yīng)系統(tǒng)開環(huán)下測(cè)出階躍響應(yīng)單位階躍響應(yīng)曲線為單位階躍響應(yīng)曲線為S S形。形。 能保證階躍響應(yīng)的最大峰值和第二峰值之比為能保證階躍響應(yīng)的最大峰值和第二峰值之比為4:14:1 可進(jìn)行系統(tǒng)微調(diào)。可進(jìn)行系統(tǒng)微調(diào)。 被控對(duì)象有積分環(huán)節(jié)和復(fù)數(shù)極點(diǎn)時(shí)不適用。被控對(duì)象有積分環(huán)節(jié)和復(fù)數(shù)極點(diǎn)時(shí)不適用。325.4.2 5.4.2 臨界增益法臨界增益法 臨界增益法在系統(tǒng)閉環(huán)情況下進(jìn)行臨界增益法在系統(tǒng)閉環(huán)情況下進(jìn)行- -( )cG s對(duì)象對(duì)象,0idTT 步驟步驟 第一步：令第一步：令 ，將控制器設(shè)置為比例控制。，將控制器設(shè)置為比例控制。將將Kp從從0 0 增大，首次出現(xiàn)等幅振蕩時(shí)，記下此時(shí)的增益