浙大工業(yè)過程控制2控制系統(tǒng)性能指標與PID控制律課件

PID反饋控制器

(PIDFeedbackControllers)2023/2/81課件上一講內容回顧了解典型工業(yè)過程的動態(tài)特性類型；掌握簡單被控過程的機理建模方法；掌握調節(jié)閥“氣開、氣關”形式與流量特性的選擇原則；掌握“廣義對象”概念及其動態(tài)特性的典型測試方法。2023/2/82課件習題2-4討論對于如圖所示的加熱爐溫度控制系統(tǒng)，試(1)指出該系統(tǒng)中的被控變量、操縱變量、擾動變量與控制目標;(2)畫出該系統(tǒng)的方塊圖；(3)選擇控制閥的“氣開-氣關”形式;(4)指出該控制系統(tǒng)的“廣義對象”及物理意義。2023/2/83課件溫度控制系統(tǒng)方塊圖2特點：采用傳遞函數(shù)與環(huán)節(jié)名稱混合表示，對象用被控過程的動態(tài)特性來表示。2023/2/85課件溫度控制系統(tǒng)方塊圖3特點：對象用被控過程的動態(tài)特性來表示，其中除控制通道外，所有干擾對被控變量的影響只用一個輸出擾動來近似。當然，各環(huán)節(jié)可以只用傳遞函數(shù)來表示。2023/2/86課件廣義對象的階躍響應測試“廣義對象”的輸入：u，輸出為Tm。若機理建模有難度，就可采用常用的響應測試法.2023/2/87課件對象特性參數(shù)的確定假設溫度測量變送器的量程為200~400℃。2023/2/89課件本講基本要求掌握仿真系統(tǒng)SimuLink的使用方法;掌握單回路控制器“正反作用”的選擇原則；掌握單回路控制系統(tǒng)的常用性能指標；掌握PID控制律的意義及與控制性能的關系。2023/2/810課件仿真系統(tǒng)SimuLink的使用入門假設控制輸入u(t)與干擾輸入d(t)均為階躍信號，要求顯示輸入對被控變量y(t)及其測量z(t)的動態(tài)響應。2023/2/811課件控制器的“正反作用”選擇問題問題：如何構成一個負反饋控制系統(tǒng)？2023/2/813課件控制器的“正反作用”選擇定義：當被控變量的測量值增大時，控制器的輸出也增大，則該控制器為“正作用”；否則，當測量值增大時，控制器輸出反而減少，則該控制器為“反作用”。選擇要點：使控制回路成為“負反饋”系統(tǒng)。選擇方法為：（1）假設檢驗法，先假設控制器的作用方向，再檢查控制回路能否成為“負反饋”系統(tǒng)；（2）回路判別法，先畫出控制系統(tǒng)的方塊圖，并確定回路除控制器外的各環(huán)節(jié)作用方向，再確定控制器的正反作用。2023/2/814課件控制器的作用方向選擇：

假設檢驗法根據(jù)控制閥的“氣開氣關”的選擇原則，該閥應選“氣開閥”，即：u↑→Rf↑.(Why?)假設溫度控制器為正作用，即：Tm↑→u↑；則結論：該控制器的作用方向不能為正作用，而應為反作用.2023/2/815課件控制系統(tǒng)的性能評價仿真程序見../Simulation/PIDControl/PControlLoop.mdl討論：如何評價或比較不同控制系統(tǒng)的性能？2023/2/817課件控制系統(tǒng)常用的性能指標穩(wěn)態(tài)余差：衰減比：振蕩周期T，調節(jié)時間ts.上升時間tr,

峰值時間tp.2023/2/818課件純比例控制器控制器增益Kc或比例度δ對系統(tǒng)性能的影響：增益Kc

的增大（或比例度δ下降），使系統(tǒng)的調節(jié)作用增強，但穩(wěn)定性下降（當系統(tǒng)穩(wěn)定時，調節(jié)頻率提高、最大偏差下降）；仿真結果參見../Simulation/PIDControl/PControlLoop.mdl2023/2/819課件積分時間Ti對系統(tǒng)性能的影響

引入積分作用的根本目的是為了消除穩(wěn)態(tài)余差，但使控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。當積分作用過強時（即Ti過小），可能使控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。仿真結果參見../Simulation/PIDControl/PILoop.mdl2023/2/821課件積分作用對控制性能的影響2023/2/822課件理想的比例積分微分控制器微分時間Td對系統(tǒng)性能的影響 微分作用的增強（即Td增大），從理論上講使系統(tǒng)的超前作用增強，穩(wěn)定性得到加強，但高頻噪聲起放大作用。對于測量噪聲較大的對象，需要引入測量信號的平滑濾波；而微分作用主要適合于特性一階滯后較大的廣義對象，如溫度、成份等。2023/2/823課件實際的比例積分微分控制器其中Ad

為微分增益