自动化仪表与过程控制第八讲

1、第八讲第八讲 PID及调节器及调节器e() 0PVt(s)PVFSV=00PV%t(s)trts PVSVF=0给定阶跃响应干扰阶跃响应Go(s)Gv(s)Gc(s)Gf (s)SVPVFeu+-广义对象G(s)t0第八讲第八讲 PID及调节器及调节器一、理想PID算法（1）1、比例作用P （以 为例 ）初始状态（原稳态）：t t0 , e = 0 , SV = PV = 0 ,u = 0动态调节过程：t = t0 时，SV 阶跃，SV =最终平衡（新稳态）：SV 比例调节有静差，e（） 0 。 Kc越大，静差越小（Kc ， ） Kc越大，上升时间缩短，响应速度加快，（Kc V 快 ） 但稳定

2、性变差，容易引起振荡（调节过头，e从 + 变 - ，振荡）所以，Kc要适当，应兼顾静差和稳定性的矛盾。SVSV SVG（s）PVueeGc（s）最后平衡，达到新稳态cK*KSVe1SVK*KK*KPVcc1cK*KSVe1SVK*KKucc1e*KucccpKsG,sTKsG）（）（1第八讲第八讲 PID及调节器及调节器一、理想PID算法（2）2、增加积分作用I 积分作用主要在于消除静差（稳态时e = 0 ）。 积分作用降低动态品质，如调节速度变慢，稳定性变差，超调和振荡加剧。 一般要和比例作用配合组成 PI 调节。新稳态：SVPV PVSVee 0ue = 0PV循环e 0进入新稳态KSVu

3、 第八讲第八讲 PID及调节器及调节器一、理想PID算法（3）3、增加微分作用Ddt)t (de*Td 表示偏差e（t）的变化率大小，也就是说在控制量U 中，还考虑了预测偏差变化的趋势而应该增加的控制量部分。当偏差变化较大时，增大控制量，以迅速校小偏差。 微分作用主要在于改善动态品质，如加快调节速度，同时抑制超调和 振荡，提高稳定性。 不能消除静差。 一般配合组成 PD 或 PID 调节。第八讲第八讲 PID及调节器及调节器一、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称为比例系数或P称为比例度、Ti为积分时间、Td为微分时间euttEtETPi1EP11EPTd00DPI4、PID第八讲第八讲 PID及调节器及调节器一、理想PID算法（5）比例调节：对干扰及时有力地抑制，对给定变化有快速高效地跟随，即缩小偏差；但调节有静差。积分调节：清除静差；但动态品质会恶化，包括调节时间、上升时间加长，超 调加大，振荡加剧。微分调节：提高调节动态品质，即加快调节速度，减小超调和振荡； 只能短时间起作用，对偏差 大小无效仅对其变化有作用，且易受干扰。因此常用增加惯性环节的实际微分调节。PID调节：平衡协调P、I、D三种调节作用的强弱，使调节

5、过程既快速敏捷又平稳准 确，达到良好 的动、静态品质。其中P运算承担主要调节任务，在大偏差 时，迅速有力地缩小偏差； D运算是主要在调节起始阶段，改善动态品质； I运算主要是在调节结束阶段清除静差。第八讲第八讲 PID及调节器及调节器二、实际PID算法（1）死区：为防止偏差在小范围时频繁调节或动作振荡，引入死区。 | e | 时，切除积分作用，只留PD调节。实际微分：为防止微分引入高频干扰，加入惯性滤波，改造理态微分。)sKTsTsT(K)s(Gdddicc111第八讲第八讲 PID及调节器（续）及调节器（续）二、实际PID算法（2）e阶跃响应：微分部分积分部分比例部分tt00ut0EKcEK

6、cEKcEPID第八讲第八讲 PID及调节器（续）及调节器（续）三、数字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为采样周期，下标n代表当前采样或控制信号，下标n-1代表前次采样或控制信号第八讲第八讲 PID及调节器（续）及调节器（续）四、模拟PID调节器（1）第八讲第八讲 PID及调节器（续）及调节器（续）四、模拟PID调节器（2）输入电路（简化）RVRVVRVVViB012100RVRVVRVVsB)VV(Vis 201+ - A1RRRRRRRo Ro V

7、o1VsViVB第八讲第八讲 PID及调节器（续）及调节器（续）四、模拟PID调节器（3）PI运算电路（简化）dtdV*CRV)t (IoIIo111dt)V(d*C)t (IoM220toIIoMIodt)t (VIR)t (VCC)t (V01121)sT(K)sCR(CC)s(V)s(ViiIIMIoo111112 称为积分时间。IIiCRT + - A2Vo1Vo2RICII2I1CM第八讲第八讲 PID及调节器（续）及调节器（续）四、模拟PID调节器（4）PD运算电路（简化）sCR)s(VnnIDDod112DDdCR*nT 称为微分时间。sKTsT*nsCRsCnR*n)s(V)s(VdddDDDDoo111123Vo3Vo2 + - A3 V02RDCDRp1Idn1Id021VnRIVddVVV031第八讲第八讲 PID及调节器（续）及调节器（续）四、模拟PID调节器（5）输出电路（简化）BBVR*RRVV223244413R*RRVVVVVoBfffofR*IV 24oBfooIIIIIfoo