調(diào)節(jié)規(guī)律PID(2)

1、一一. .積分控制器的動(dòng)作規(guī)律0000)(1)()(udtteTudtteKtutiti1( )IiWsT sFKi: : 積分速度積分速度; ; Ti : : 積分時(shí)間積分時(shí)間F積分時(shí)間越大積分時(shí)間越大, ,積分作用越弱積分作用越弱F積分時(shí)間積分時(shí)間是指控制器在階躍是指控制器在階躍作用下，從起點(diǎn)到控制器輸出作用下，從起點(diǎn)到控制器輸出累計(jì)到與輸入量相等所需要的累計(jì)到與輸入量相等所需要的時(shí)間時(shí)間單容對(duì)象的積分調(diào)節(jié)過程 干擾通道11111)(1122sTKsTsTKsWi1112121)(TTKsTssTKi212200( )2K sTW sss 110TTKi1121KTTiT1=T220020

2、112)1(1)1()()(ssKTssTKTssTKsRsYii給定通道iiiTTKKKTTTTTK10110;21;ry )(0)(e 當(dāng)當(dāng)Ti (Ki)時(shí)，引起時(shí)，引起0; 穩(wěn)定性變差；穩(wěn)定性變差； 工作頻率工作頻率0 ，動(dòng)作加快；，動(dòng)作加快； 若系統(tǒng)穩(wěn)定，若系統(tǒng)穩(wěn)定，e( )穩(wěn)態(tài)偏差為零穩(wěn)態(tài)偏差為零;F對(duì)對(duì)給定通道給定通道，當(dāng)，當(dāng)Ti (Ki )時(shí)，引起最大動(dòng)態(tài)偏時(shí)，引起最大動(dòng)態(tài)偏差增大差增大(前向放大倍數(shù)增大前向放大倍數(shù)增大)；F對(duì)對(duì)干擾通道干擾通道，當(dāng)，當(dāng)Ti (Ki )時(shí)，引起最大動(dòng)態(tài)偏差時(shí)，引起最大動(dòng)態(tài)偏差減小減小 ( 控制作用強(qiáng)而有效抑制干擾控制作用強(qiáng)而有效抑制干擾 )只要有

3、偏差存在，控制器就會(huì)一直調(diào)整 輸出，直到偏差為零積分環(huán)節(jié)有90相角滯后，增加一個(gè) 滯后環(huán)節(jié)，使過程變慢。Frequency (rad/sec)Phase (deg); Magnitude (dB)Bode Diagrams-40-20020From: U(1)10-1100101102-91-90.5-90-89.5-89To: Y(1)( )(0)( )( )PPiKu tuK e te t dtT111( )(1)(1)PIPiiWsKT sT s二、比例積分控制過程特點(diǎn)二、比例積分控制過程特點(diǎn) 無(wú)差控制 比例控制作用為主 積分控制作用為輔 （僅用于消除穩(wěn)態(tài)偏差） 比例、積分作用的參數(shù) 要

4、相互配合后期三、三、單容對(duì)象配比例積分調(diào)節(jié)器的控制過程單容對(duì)象配比例積分調(diào)節(jié)器的控制過程 TsKsTKTsKsDsCiP1)11 (111)()(PiPiiKKsTKKsTTsKTsDsC)1 ()()(22200()( )( )2KsC sTD sssiPTTKK0KTKTi2)(22000()1()02limsKsTcssss 令：D=1四、積分飽和u0.100.140.10 -100%100%rI調(diào)節(jié)器在e存在時(shí)，就會(huì)調(diào)節(jié)，其輸出不停地變化，若閥門關(guān)閉或泵故障，e一時(shí)無(wú)法消除，由于調(diào)節(jié)器總要校正e,一段時(shí)間后調(diào)節(jié)器輸出u會(huì)進(jìn)入深度飽和，稱積分飽和。要等e反向以后慢慢從飽和狀態(tài)退出，重新恢

5、復(fù)控制作用。t1t2t3一、微分作用及其特點(diǎn)一、微分作用及其特點(diǎn) 理想微分理想微分理想微分調(diào)節(jié)規(guī)律表達(dá)式，在偏差作階躍變化理想微分調(diào)節(jié)規(guī)律表達(dá)式，在偏差作階躍變化時(shí)的瞬間，控制作用將為無(wú)窮大量，任何物理元時(shí)的瞬間，控制作用將為無(wú)窮大量，任何物理元件都不可能實(shí)現(xiàn)。件都不可能實(shí)現(xiàn)。( )DdWsT sWhy?T Td d - -理想微分時(shí)間理想微分時(shí)間超前調(diào)節(jié)超前調(diào)節(jié)( )( )( )(0)(0)ddde tdc tu tuTuTdtdt因因?yàn)闉閯t系統(tǒng)穩(wěn)定后，則系統(tǒng)穩(wěn)定后，若若de(t)/dtde(t)/dt很小，由于實(shí)際調(diào)節(jié)器很小，由于實(shí)際調(diào)節(jié)器有失靈區(qū)，調(diào)節(jié)器不動(dòng)作，會(huì)長(zhǎng)時(shí)間有失靈區(qū)，調(diào)節(jié)器不

6、動(dòng)作，會(huì)長(zhǎng)時(shí)間積累積累e(t).e(t).當(dāng)當(dāng) 為等速積分變化時(shí)為等速積分變化時(shí)，則，則為為恒定值，不能變化，故不符合實(shí)際系統(tǒng)的恒定值，不能變化，故不符合實(shí)際系統(tǒng)的要求，無(wú)法單獨(dú)使用。要求，無(wú)法單獨(dú)使用。C(t)實(shí)際微分實(shí)際微分Td ， 微分作用微分作用Kd ，微分作用微分作用( )( )11DDDdDddKKWsT sWsT sT s 微分時(shí)間微分時(shí)間Td； 微分增益微分增益Kd 提供提供0至至90o導(dǎo)前角，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性導(dǎo)前角，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性 微分作用在靜態(tài)時(shí)輸出為微分作用在靜態(tài)時(shí)輸出為 0 ，無(wú)控制作用，無(wú)控制作用(0)1limDdDsdKT sEUKET sss 0(0)01lim

7、DdsdK T sEUT sss)(U初期Frequency (rad/sec)Phase (deg); Magnitude (dB)Bode Diagrams-2002040From: U(1)10-11001011028989.59090.591To: Y(1)ssGD)(Frequency (rad/sec)Phase (deg); Magnitude (dB)Bode Diagrams-20-1001020From: U(1)10-1100101102020406080100To: Y(1)10,11 . 0)(dDKsssG 傳遞函數(shù))111sKTsTddd（FD 和 PD 階躍響應(yīng)

8、曲線（見下頁(yè)）012345600.511.522.533.543( ),3141( )1DdP DsGsKssGssDPD) 1)(1()1 (1) 1)(1 ()()()(2121sTsTKsTKsTsTKsDsCsWdP122200()( )2KTTW sssPdPPKKTKKTTTTKK112121212101TTKKP)1 (22121PPKKTTTT)1 (221PdPPPDKKTTTKK 對(duì)穩(wěn)定性的影響對(duì)穩(wěn)定性的影響適當(dāng)引入微分，可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性適當(dāng)引入微分，可提高系統(tǒng)穩(wěn)定性PDPD P P 阻尼比阻尼比PD PD 的增加使控制過程的超調(diào)量減小，從而使過的增加使控制過程的超調(diào)量減小

9、，從而使過渡過程的動(dòng)態(tài)偏差減小渡過程的動(dòng)態(tài)偏差減小 對(duì)穩(wěn)態(tài)性能的影響對(duì)穩(wěn)態(tài)性能的影響無(wú)作用無(wú)作用 對(duì)其它性能指標(biāo)的影響對(duì)其它性能指標(biāo)的影響 引入引入T Td d ，可提高快速性，提高系統(tǒng)的工作頻率，可提高快速性，提高系統(tǒng)的工作頻率1( )() 11PPPKcKKKKK sssTTKcss12)()(2002210lim令：D=1 在實(shí)際應(yīng)用中，微分作用的大小一定要適度，過大在實(shí)際應(yīng)用中，微分作用的大小一定要適度，過大的微分作用會(huì)造成調(diào)節(jié)閥時(shí)而全關(guān)時(shí)而全開的大幅的微分作用會(huì)造成調(diào)節(jié)閥時(shí)而全關(guān)時(shí)而全開的大幅度的動(dòng)作，這是多數(shù)生產(chǎn)過程所不允許的。度的動(dòng)作，這是多數(shù)生產(chǎn)過程所不允許的。FTdTd太大或

10、太小，都會(huì)破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性太大或太小，都會(huì)破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性見下例F由于常規(guī)調(diào)節(jié)器的微分增益由于常規(guī)調(diào)節(jié)器的微分增益K Kd d大多固定不變，因此工大多固定不變，因此工程中大多通過調(diào)整微分時(shí)間程中大多通過調(diào)整微分時(shí)間T Td d來(lái)調(diào)整微分作用的強(qiáng)弱。來(lái)調(diào)整微分作用的強(qiáng)弱。 特征方程：按Roth判據(jù)可得，穩(wěn)定范圍為 1.32Td7.68 GcGpsTsGdc1)() 13)(12)(1(1)(sssssGp01)1 (6116234sTsssd)11 (1)(sTsTsGdi1、PID的動(dòng)作規(guī)律：)111 (1)(sKTsTsTsGdddiPID)111 (1)(sTsTKsTsGDDdiPID或

11、)11 (1)(sTsTsGdi理想PID的動(dòng)作規(guī)律：e0Ti2、實(shí)際PID階躍響應(yīng)與特征參數(shù)ee Kd,iTB OeA Oddde KACTAEK(1)PID調(diào)節(jié)兼具P、I、D的優(yōu)點(diǎn)，是一種比較完善的調(diào)節(jié)規(guī)律(2)PID有三個(gè)可調(diào)參數(shù)： ,Ti , Td (Kd)3、三種作用的相互配合改變 不改變P 、I 、D作用的相對(duì)大小，但分別影響P 、I 、D4、PID調(diào)節(jié)過程的定性分析（1） 把P I D 看作在P I基礎(chǔ)上加入D作用，只要配合得當(dāng)，一定會(huì)避免過分振蕩。保證一定的穩(wěn)定性 （ P起主要作用）消除偏差（ I起主要作用）減小動(dòng)態(tài)偏差，縮短過渡過程時(shí)間（ D起主要作用）(2) P I D調(diào)節(jié)一般只適用于多容對(duì)象的系統(tǒng)P P 作用貫徹于整個(gè)調(diào)節(jié)過程之中。作用貫徹于整個(gè)調(diào)節(jié)過程之中。I I 作用體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過節(jié)過程的后期，用以消除靜態(tài)偏差。作用體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過節(jié)過程的后期，用以消除靜態(tài)偏差。D D 作用體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程的初期。作用體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程的初期。 , Ti , Td 5、說明：（3）參數(shù)的整定需要考慮 ,Ti , Td =？（1） 盡管P I D 比較完善，但對(duì)對(duì)象容積遲延、慣性很大的系統(tǒng)也無(wú)能為力。(2) P I D中， P 、I 、D環(huán)節(jié)存在相互干擾，