典型环节及PID控制规律PPT课件.ppt

补补充内容充内容l典型环节及传递函数l基本PID控制器及调节过程1.典型环节及传递函数（1）比例环节kR(s)C(s)比例环节微分方程：传递函数：2.R(s)C(s)惯性环节（2）惯性环节（一阶系统）微分方程：传递函数：1Ts1)s(R)s(C)s(G+=3.R(s)C(s)积分环节（3）积分环节 微分方程：传递函数：4.（4）微分环节 微分方程：R(s)C(s)微分环节R(s)C(s)延迟环节传递函数：传递函数：（5）延迟环节 微分方程：5.（6）振荡环节（二阶系统）微分方程：传递函数：R(s)C(s)6.基本基本PIDPID控制器及控制器及调节过调节过程程 控制器是根据给定值和测量值的偏差e按照预定的规律进行运算，输出调节量P对被控对象进行调节。断续控制：双位、三位连续控制：比例、比例积分、比例微分、比例积分微分7.一、比例控制一、比例控制1.比例控制器的特性比例控制器的特性微分方程：微分方程：传递传递函数：函数：t输入et输出kcePPkc8.比例控制的特点比例控制的特点（1）调节调节及及时时（2）有静差（残差）有静差（残差）浮球式水位控制器ekceP9.2.比例比例带带 20 21 22 OC20mA12mA 4mA（1）比例范比例范围围：控制器：控制器输输出从出从0%100%变变化化时对应时对应的被控的被控变变量量值值的的变变化范化范围围。10.（2）比比例例带带：使使控控制制器器输输出出作作100%变变化化时时，输输入信号的改入信号的改变变占全量程的百分数。占全量程的百分数。对对于一定的控制器，于一定的控制器，输输入和入和输输出的量程不出的量程不变变11.如果如果输输入和入和输输出量程相同出量程相同当控制器当控制器输输入和入和输输出量程相同，比例出量程相同，比例带为带为比例增益的倒数。比例增益的倒数。12.3.比例比例带对调节过带对调节过程的影响程的影响（1 1）非非常常大大，则则比比例例增增益益k kc c很很小小，比比例例作作用用很很弱弱，系系统稳统稳定性好，但静差大。定性好，但静差大。结论：越小，比例作用越强，系统的 稳定性越差，系统的静差越小。（2 2）合合适适，系系统统输输出出为为一一衰衰减振减振荡荡。（3 3）当当减减小小达达到到临临界界值值k k，系，系统输统输出一等幅振出一等幅振荡荡。（4 4）当当再再减减小小，系系统统输输出出一一发发散振散振荡荡。13.施加一幅施加一幅值为值为8的的阶跃阶跃干干扰扰信号信号12 Kc=20Kc=5014.二、比例二、比例积积分控制分控制1.积积分控制器特性分控制器特性：输输出与出与输输入的入的积积分呈正比分呈正比tt输入e输出pI特点：特点：（1）能消除静差能消除静差 （2）动动作慢作慢15.2.比例比例积积分控制器的特性分控制器的特性t输入e输出p特点：特点：（1）能消除静差能消除静差 （2）动动作快作快16.3.积积分速度分速度对调节过对调节过程的影响程的影响pTITI 大说明积分作用弱，TI 小说明积分作用强。（1）积积分分时时间间TI：偏偏差差e为为阶阶跃跃输输入入信信号号，当当积积分分输输出出增增长长到到与与比比例例输输出出相相等等时时，所需要的，所需要的时间时间。17.积积分分时间时间TI太大，太大，积积分分作用太弱，当作用太弱，当 积积分作用分作用为为0，输输出出为为一一比例比例调节调节。（2）积积分分时间对调节过时间对调节过程的影响程的影响积积分分时时间间由由大大到到小小积积分分时时间间TI合合适适，可可得得到到较较好好的的衰衰减减振振荡荡，并并可可消除静差。消除静差。积积分分时时间间TI小小，积积分分作作用用强强，易引起系，易引起系统统振振荡荡。18.结论结论：比例作用在引入比例作用在引入积积分作用的同分作用的同时时，消除了，消除了系系统统的静差，但降低了原有系的静差，但降低了原有系统统的的稳稳定性，定性，为为了保持与原有比例作用相同的了保持与原有比例作用相同的稳稳定性，必定性，必须须适当增大比例适当增大比例带带。19.分分别别取：取：比例比例 P比例比例积积分分 PI 20.三、比例微分控制三、比例微分控制1.微分控制器特性微分控制器特性：输输出与出与输输入的微分成正比入的微分成正比微分方程：微分方程：传递传递函数：函数：etpDtepDtt特点特点:（1）输输出反出反应应偏差的偏差的变变化率，化率，具有具有预调节预调节作用。作用。（2）不能消除静差，当偏差不能消除静差，当偏差变变化化缓缓慢慢时时，微分作用也很弱。，微分作用也很弱。21.2.比例微分控制比例微分控制微分方程：微分方程：传递传递函数：函数：具有具有饱饱和微分和微分环节传递环节传递函数：函数：pttp22.3.3.微分微分时间对时间对控制控制过过程的影响程的影响Td大，微分作用大，微分作用强强，Td大小微大小微分作用弱。分作用弱。（1）微分微分时间时间：输输入量入量为为斜坡函数，使比斜坡函数，使比例例项项的的输输出等于微分出等于微分项时项时所需的所需的时间时间。etptTd23.（2）微分微分时间对时间对控制控制过过程的影响程的影响Td大，微分作用太大，微分作用太强强，系系统稳统稳定性下降。定性下降。Td合适，有合适，有预调节预调节作作用，改善用，改善调节调节品品质质Td太小，微分作用弱，太小，微分作用弱，Td=0，微分作用微分作用为为024.一一般般而而言言，比比例例微微分分控控制制系系统统随随着着微微分分时时间间Td的的增增大大，其其稳稳定定性性提提高高，但但当当Td超超过过某一某一值时值时，系，系统统反而反而变变的不的不稳稳定。定。总结总结：当当比比例例作作用用加加入入微微分分作作用用，可可使使系系统统趋趋向向稳稳定定，为为了了得得到到与与原原来来比比例例作作用用相相同同的的稳稳定定性，可适当降低比例性，可适当降低比例带带，从而减小静差。，从而减小静差。25.PPD分分别别取：取：26.四、四、比例比例积积分微分控制分微分控制规规律律微分方程：微分方程：传递传递函数：函数：27.五、五、调节规调节规律的律的选择选择v被控被控对对象象时间时间常数常数较较大，大，应应引入微分引入微分环节环节。若允若允许许有残差，可有残差，可选选用用PDPD，否否则选则选用用PIDPID。v若被控若被控对对象的象的传递传递函数函数为为 ，则则可根据可根据/T的的值值来确定控制算法。来确定控制算法。v被控被控对对象象时间时间常数常数较较小，小，负负荷荷变变化不大，若允化不大，若允许许有残差，可有残差，可选选用用P，否否则选则选用用PI。v被控被控对对象象时间时间常数和常数和纯纯滞后滞后较较大，大，负负荷荷变变化化较较大。此大。此时简单时简单控制不能控制不能满满足要求，足要求，应选应选用复用复杂杂控制。控制。28.29.