PID控制(一)[共23页]

1、PIDPID控制原理（一）控制原理（一）1内容简介内容简介 1 1，PIDPID控制的特点控制的特点2 2，比例调节，比例调节3 3，比例控制的调节规律和比例带，比例控制的调节规律和比例带4 4，比例调节的特点，比例调节的特点5 5，比例带对于调节过程的影响，比例带对于调节过程的影响2PIDPID控制的特点控制的特点 PID 控制是比例积分微分控制 （Proportional-Integral-Differential） 历史最久、应用最广，适应性最强的控制方式 在工业生产过程中，PID控制算法占85%90%。3PID 反馈控制控制器执行器被控对象测量/变送器-+目标误差输出广义对象PIDPI

2、D控制的特点控制的特点4 常规PID控制系统的原理输入：控制偏差输入：控制偏差e e ( ( t t ) = ) = r r ( ( t t ) - ) - y y ( ( t t ) ) 输出：偏差的比例输出：偏差的比例(P)(P)、积分、积分(I)(I)和微分和微分(D)(D)的线性组的线性组合合 PIDPID控制的特点控制的特点5PIDPID控制具有以下优点控制具有以下优点：原理简单，使用方便。适应性强，可以广泛应用于化工、热工、冶金、炼油以及造纸、建材等各种生产部门。鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。对模型依赖少。 按 PID控制进行工作的自动调节器早已商品化。PID

3、PID控制的特点控制的特点6 在过程控制中，绝大部分都采用 PID控制。例外的情况有两种。 一种是被控对象易于控制而控制要求又不高的，可以采用更简单的开关控制方式。 另一种是被控对象特别难以控制而控制要求又特别高的情况，这时如果 PID控制难以达到生产要求就要考虑采用更先进的控制方法。PIDPID控制的特点控制的特点7比例调节比例调节(P(P调节调节) ) 比例控制的调节规律和比例带 比例控制的特点 比例带对控制过程的影响8比例控制的调节规律和比例带比例控制的调节规律和比例带 在 P调节中，调节器的输出信号u与偏差信号e成比例，即 uKce 式中，Kc称为比例增益(视情况可设置为正或负)。9

4、在实际应用中，由于执行器的运动（如阀门开度）有限，控制器的输出u(t)也就被限制在一定的范围之内， 换句话说，在Kc较大时，偏差e(t)仅在一定的范围内与控制器的输出保持线性关系。比例控制的调节规律和比例带比例控制的调节规律和比例带10图中说明了偏差与输出之间保持线性关系的范围图中偏差在-50%-50%范围变化时，如果Kc=1，则控制器输出u(t)变化在0100%范围（对应阀门的全关到全开），并与输入e(t)之间保持线性关系。Kc1时，制器输出u(t)与输入e(t)之间的线性关系只在-50%/Kc50%/Kc满足。比例控制的调节规律和比例带比例控制的调节规律和比例带11比例控制的调节规律和比例

5、带比例控制的调节规律和比例带 当|e(t)|超出该范围时，控制器输出具有饱和特性，保持在最小或最大值。 因此，比例控制有一定的应用范围，超过该范围时，控制器输出与输入之间不成比例关系。 这表明，从局部范围看，比例控制作用表示控制输出与输入之间是线性关系，但从整体范围看，两者之间是非线性关系。12 P P调节的阶跃响应调节的阶跃响应 P调节对偏差信号能做出及时反应，没有丝毫的滞后。 输出u实际上是对其起始值的增量。因此，当偏差e为零，因而u0时，并不意味着调节器没有输出，它只说明此时有u=u0。u0的大小是可以通过调整调节器的工作点加以改变的。0u0+Kceu0u = Kc e比例控制的调节规律

6、和比例带比例控制的调节规律和比例带13比例控制的调节规律和比例带比例控制的调节规律和比例带%100| /| /minmaxminmaxuuueee,maxminee,maxminuu2 2比例带及其物理意义比例带及其物理意义 比例带的定义比例带的定义 在过程控制中，通常用比例度表示控制输出与偏差成在过程控制中，通常用比例度表示控制输出与偏差成线性关系的比例控制器输入（偏差）的范围。因此，比例线性关系的比例控制器输入（偏差）的范围。因此，比例度又称为比例带，其定义为度又称为比例带，其定义为式中，式中，为偏差信号范围，即仪表的量程；为偏差信号范围，即仪表的量程；为控制器输出信号范围，即控制器输出的

7、工作范围。为控制器输出信号范围，即控制器输出的工作范围。14比例控制的调节规律和比例带比例控制的调节规律和比例带 如果采用单元组合仪表，调节器的输入和输出都是统一的标准信号，即 ，则有 此时比例带（比例度）与比例增益成反比，比例带小，则较小的偏差就能激励调节器产生100%的开度变化，相应的比例增益就大。|uu|ee|minmaxminmax15比例控制的调节规律和比例带比例控制的调节规律和比例带u u代表调节阀开度的变化量，代表调节阀开度的变化量，就代表使调节阀开度改变就代表使调节阀开度改变100% 100% 即从全关到全开时所需要的被调量的变化范围。即从全关到全开时所需要的被调量的变化范围。

8、 例如，若测量仪表的量程为例如，若测量仪表的量程为100100，则，则50% 50% 就表示就表示被调量需要改变被调量需要改变5050才能使调节阀从全关到全开。才能使调节阀从全关到全开。 当被调量处在当被调量处在“比例带比例带”以内以内 调节阀的开度调节阀的开度( (变化变化) )才与偏差成比例。才与偏差成比例。 超出这个超出这个“比例带比例带”以外以外 调节阀已处于全关或全开的状态，调节器的输入与输出调节阀已处于全关或全开的状态，调节器的输入与输出已不再保持比例关系。已不再保持比例关系。16比例调节的特点比例调节的特点 比例调节的显著特点就是有差调节。比例调节的显著特点就是有差调节。 如果采

9、用比例调节，则在负荷扰动下的调节过程结束如果采用比例调节，则在负荷扰动下的调节过程结束后，被调量不可能与设定值准确相等，它们之间一定有后，被调量不可能与设定值准确相等，它们之间一定有残差。残差。 因为根据比例调节的特点，只有调节器的输入有变化因为根据比例调节的特点，只有调节器的输入有变化, ,即被调量和设定值之间有偏差即被调量和设定值之间有偏差, ,调节器的输出才会发生调节器的输出才会发生变化。变化。17abeuKc这里的杠杆充当了比例调节器：液位变化e是其输入；阀杆位移u 是其输出；调节器的比例增益为：该比例调节器是有余差的！余差的大小与比例增益有关，Kc大，余差小。液位比例控制系统示意图比

10、例调节的特点比例调节的特点18 余差（或静差）是指： 被调参数的新的稳定值与给定值不相等而形成的差值。 余差的大小与调节器的放大系数K或比例带有关 放大系数越小，即比例带越大，余差就越大； 放大系数越大，即比例带越小，比例调节作用越强，余差就越小。比例调节的特点比例调节的特点19比例带对于调节过程的影响比例带对于调节过程的影响a)大 调节阀的动作幅度小，变化平稳，甚至无超调，但余差大，调节时间也很长b)减小 调节阀动作幅度加大，被调量来回波动，余差减小c)进一步减小 被调量振荡加剧d)为临界值 系统处于临界稳定状态e)小于临界值 系统不稳定，振荡发散 20比例调节的特点：（1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一对应的比例关系，即：u = K e（2）比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。（3）比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。比例带对于调节过程的影响比例带对于