控制方案和控制规律的选取ppt课件

1、控制方案和控制规律的选取控制方案和控制规律的选取v控制方案和控制规律的选取是控制系统设计中最重控制方案和控制规律的选取是控制系统设计中最重要的部分之一。要的部分之一。v决议整个控制系统中信息所经过的运算处置，也就决议整个控制系统中信息所经过的运算处置，也就决议了控制系统的根本构造和根本组成，所以对控决议了控制系统的根本构造和根本组成，所以对控制质量起决议性的影响。制质量起决议性的影响。 2.5控制方案的选取2.5.1系统方面回路方面反响方面信号类型计算机控制组合仪表控制单回路多回路前馈控制反响控制纯直流控制纯交流控制直交流混合控制计算机控制组合仪表控制集散控制现场总线控制FCS与DCS比较v

2、信号的传输方式不同信号的传输方式不同 v 通讯协议不同通讯协议不同 v DCSDCS和和FCSFCS构造不同构造不同 v DCSDCS和和FCSFCS构造可靠性不同构造可靠性不同 v DCSDCS与与FCSFCS的本钱不同的本钱不同 单回路多回路比较v 单回路构造简单易实现，其控制器普通起到串联校正的作单回路构造简单易实现，其控制器普通起到串联校正的作用。但该系统对参数敏感，抑制干扰才干差，适用于控制用。但该系统对参数敏感，抑制干扰才干差，适用于控制对象简单且性能目的要求不高的系统对象简单且性能目的要求不高的系统v 多回路系统为一高阶系统，相当于串级控制系统，有一个多回路系统为一高阶系统，相当

3、于串级控制系统，有一个被控对象，主回路是单位负反响。这种控制系统由于有部被控对象，主回路是单位负反响。这种控制系统由于有部分反响，可以更好的抑制干扰。分反响，可以更好的抑制干扰。前馈控制与反响控制比较v 反响丈量偏向，再调理；前馈丈量干扰，再调理反响丈量偏向，再调理；前馈丈量干扰，再调理v 反响调理与前馈调理调理规律不同反响调理与前馈调理调理规律不同 v 反响调理是一个负反响的闭环系统；前馈调理是一个开环控制反响调理是一个负反响的闭环系统；前馈调理是一个开环控制v 反响调理常包含多个干扰反响调理常包含多个干扰 ；前馈调理与干扰的补偿是一一对；前馈调理与干扰的补偿是一一对应应 v 丈量信号不同。

4、反响调理产量的是被控参数的变化；前馈调理丈量信号不同。反响调理产量的是被控参数的变化；前馈调理丈量的是干扰信号丈量的是干扰信号v 反响调理不能使被调参数稳定在给定值上不动，是使被调参数反响调理不能使被调参数稳定在给定值上不动，是使被调参数稳定在给定值附近动态变化，到达系统的动态稳定；前馈调理稳定在给定值附近动态变化，到达系统的动态稳定；前馈调理在实际上可以实现无差调理。在实际上可以实现无差调理。控制规律的选取2.5.2控制规律的表现方式2.5.2.1 双位控制双位控制实践双位控制比例调理的动作规律，比例带比例调理的动作规律，比例带在在P P调理中，调理器的输出信号调理中，调理器的输出信号u u

5、与偏向信号与偏向信号e e成成比例，比例， 即，即， u = Kp e u = Kp e 4.34.3式中式中KpKp称为比例增益称为比例增益2.5.2.2 比例调理比例调理P调理调理vP P调理的阶跃呼应调理的阶跃呼应P P调理对偏向信号能做出及时调理对偏向信号能做出及时反响，没有丝毫的滞后。反响，没有丝毫的滞后。输出输出u u实践上是对其起始值的实践上是对其起始值的增量。因此，当偏向增量。因此，当偏向e e为零，为零，因此因此u u0 0时，并不意味着调理时，并不意味着调理器没有输出，它只阐明此时有器没有输出，它只阐明此时有u=u0u=u0。u0u0的大小是可以经过调整调理的大小是可以经过

6、调整调理器的任务点加以改动的。器的任务点加以改动的。u = Kp eu0u0+Kpe0v比例带比例带v 为表示调理器输入和输出之间的比例为表示调理器输入和输出之间的比例关系，在过程控制中习惯用比例带比关系，在过程控制中习惯用比例带比例度例度来替代比例增益：来替代比例增益：(4.5) %1001%100)/()/(minmaxminmaxminmaxminmaxeeuuKuuueeeP式中式中 emax emin -偏向信号范围，即仪表量程偏向信号范围，即仪表量程 umax umin -调理器输出信号范围，即控制器输出的任务范围调理器输出信号范围，即控制器输出的任务范围v假设采用单元组合仪表，调

7、理器的输入和输出都假设采用单元组合仪表，调理器的输入和输出都是一致的规范信号，即是一致的规范信号，即 ，那么，那么有有v此时比例带比例度此时比例带比例度与比例增益成反比，比与比例增益成反比，比例带小，那么较小的偏向就能鼓励调理器产生例带小，那么较小的偏向就能鼓励调理器产生100%100%的开度变化，相应的比例增益就大。的开度变化，相应的比例增益就大。(4.6) %1001%100PKue minmaxminmaxuuee比例调理的特点，有差调理比例调理的特点，有差调理比例调理的显著特点就是有差调理。比例调理的显著特点就是有差调理。abeuKP这里的杠杆充任了比这里的杠杆充任了比例调理器：例调理

8、器：液位变化液位变化e是其输入；是其输入；阀杆位移阀杆位移u 是其输是其输出；出；调理器的比例增益为：调理器的比例增益为：该比例调理器是有余差的！该比例调理器是有余差的！余差的大小与比例增益有关，余差的大小与比例增益有关，Kp大，余差小。大，余差小。v余差或静差是指：余差或静差是指：v被调参数的新的稳定值与给定值不相等而构被调参数的新的稳定值与给定值不相等而构成的差值。成的差值。v余差的大小与调理器的放大系数余差的大小与调理器的放大系数K K或比例带或比例带有关有关v放大系数越小，即比例带越大，余差就越大；放大系数越小，即比例带越大，余差就越大；v放大系数越大，即比例带越小，比例调理作放大系数

9、越大，即比例带越小，比例调理作用越强，余差就越小。用越强，余差就越小。比例带对于调理过程的影响比例带对于调理过程的影响a)a)大大调理阀的动作幅度小，变化平调理阀的动作幅度小，变化平稳，甚至无超调，但余差大，稳，甚至无超调，但余差大，调理时间也很长调理时间也很长b)b)减小减小调理阀动作幅度加大，被调量调理阀动作幅度加大，被调量来回动摇，余差减小来回动摇，余差减小c)c)进一步减小进一步减小被调量振荡加剧被调量振荡加剧d)d)为临界值为临界值系统处于临界稳定形状系统处于临界稳定形状e)e)小于临界值小于临界值系统不稳定，振荡发散系统不稳定，振荡发散 图图4.4 4.4 对比例调理过程的影响对比

10、例调理过程的影响比例调理的特点：比例调理的特点：1 1比例调理的输出增量与输入增比例调理的输出增量与输入增量呈一一对应的比例关系，即：量呈一一对应的比例关系，即：u u = K e= K e2 2比例调理反响速度快，输出与比例调理反响速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。特性好。3 3比例调理的结果不能使被调参比例调理的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。数完全回到给定值，而产生余差。v假设对象较稳定对象的静态放大系数较小，假设对象较稳定对象的静态放大系数较小，时间常数不太大，滞后较小时间常数不太大，滞后较小v那么比例带可选小些，这样可以提

11、高系统的那么比例带可选小些，这样可以提高系统的灵敏度，使反响速度加快一些；灵敏度，使反响速度加快一些；v相反，假设对象的放大系数较大，时间常数相反，假设对象的放大系数较大，时间常数较小，滞后时间较大较小，滞后时间较大v那么比例带可选大一些，以提高系统的稳定那么比例带可选大一些，以提高系统的稳定性。性。比例带的普通选择原那么：比例带的普通选择原那么：被控对象的放大倍数它是对象的静态参数，对象的放大倍数较大时，即对象的输出信号的变化量与输入信号支配变量的变化量之比是比较大。假设对象的放大倍数较小时，控制器的比例度应该选择小点。会让系统曲线会更好，控制质量更高。例如，水槽的液位控制系统中，水槽的直径

12、有两种：1.直径为1米：水槽的放大倍数较大；对象的液位变化较灵敏，系统的灵敏也较高过渡过程根本是衰减震荡过程或等幅衰减震荡过程；假设此时让控制器的比例度设置较小，即是控制器的放大倍数选择较大，这样会让原较灵敏的系统对干扰更加敏锐，更有能够让系统震荡而不稳定，出现发散型震荡。2.直径为10米：水槽的放大倍数相对较小；对象的液位变化相对较缓慢，系统的灵敏度相对来说也较低过渡过程根本是非周期震荡过程；假设让控制器的比例度设置较小，即是控制器的放大倍数选择较大，这样会让原不灵敏的系统更加灵敏，让系统更加稳定，出现衰减震荡过程。被控对象的时间常数它是对象的动态参数，对象的时间常数是对象遭到干扰时被控变量

13、发生偏离，经过系统本身负反响的自我调理控制才干，让被控制变量再次稳定下来时所需求的时间，称为时间常数。实际研讨发现，对象的时间常数与对象的放大倍数是成反比的，因此对象的时间常数较大时，控制器的比例度应选择小点来提高控制质量。滞后大小滞后大小是指滞后时间与对象的时间常数之比 。假设对象的 较大时，阐明对象收到干扰后要经过较长时间被控变量才干发现变化。假设相对应的控制器比例度此时选择较小时，控制器根据较小的输入偏向信号，迅速发出一个较大的输出控制信号，让执行器的阀门开启度发生较高的变化，即产生较大的流量变化，流量的迅速较大的变化来消除干扰，但是对象滞后时间较大，较大的流量变化不能马上传送到被控变量

14、，此时过程中被控变量还在继续偏离给定值，偏向在继续增大，控制器的输出也在成比例的继续增大，流量的变化量同样也在继续增大，等到前面流量的变化影响到被控变量时，后面控制器发出的控制信号，让流量发生变化的量会让控制变量消费反向偏向，这样会因滞后时间较大而易产生震荡。因此对象的滞后时间较大时，控制器的比例度应该选择较大一些，就是缓慢对象滞后较大对缓慢控制器的比例度较大，比例度大些系统动作缓慢下来的，这样不会产生过分的控制景象。结论：滞后较小时，一方面是对象的滞后时间较小，控制器的比例度应选择较小点；另一方面对象的时间常数较大，同样控制器的比例度也要选择小点才干得到较高的控制质量。/Tv比例带的选取，普

15、通情况下，比例带的比例带的选取，普通情况下，比例带的范围大致如下：范围大致如下：v压力调理：压力调理： 3070%3070%v流量调理：流量调理： 40100%40100%v液位调理：液位调理： 2080%2080%v温度调理：温度调理： 2060%2060%(4.10) (4.9) tedtSueSdtdu000v积分调理的阶跃呼应积分调理的阶跃呼应 I I调理器的输出不仅与偏向信号调理器的输出不仅与偏向信号的大小有关，还与偏向存在的的大小有关，还与偏向存在的时间长短有关。时间长短有关。 只需偏向存在，调理器的输出只需偏向存在，调理器的输出就会不断变化，直到偏向为零就会不断变化，直到偏向为零

16、调理器的输出才稳定下来不再调理器的输出才稳定下来不再变化。变化。 所以积分调理作用能自动消除所以积分调理作用能自动消除余差。余差。 留意留意I I调理的输出不像调理的输出不像P P调理那调理那样随偏向为零而变到零。样随偏向为零而变到零。tedtSu002 积分调理的特点，无差调理积分调理的特点，无差调理v 积分调理的特点是无差调理积分调理的特点是无差调理v 只需偏向不为零，控制输出就不为零，它就要动作到只需偏向不为零，控制输出就不为零，它就要动作到把被调量的静差完全消除为止把被调量的静差完全消除为止v 而一旦被调量偏向而一旦被调量偏向e e为零，积分调理器的输出就会坚持为零，积分调理器的输出就

17、会坚持不变。不变。v 调理器的输出可以停在任何数值上调理器的输出可以停在任何数值上, ,即即: :v 被控对象在负荷扰动下的调理过程终了后，被调量没被控对象在负荷扰动下的调理过程终了后，被调量没有余差，而调理阀那么可以停在新的负荷所要求的开有余差，而调理阀那么可以停在新的负荷所要求的开度上。度上。tedtSu00v积分调理的稳定性v它的稳定作用比P调理差，采用积分调理不能够得到稳定的系统。K(s+1)(2s-1)KGK=2K=0.2v积分调理的滞后性积分调理的滞后性v它的滞后特性使其难以对干扰进展及时控制，它的滞后特性使其难以对干扰进展及时控制，所以普通在工业中，很少单独运用所以普通在工业中，

18、很少单独运用I I调理，而调理，而根本采用根本采用PIPI调理替代纯调理替代纯I I调理。调理。v采用积分调理时，控制系统的开环增益与积分采用积分调理时，控制系统的开环增益与积分速度速度S0S0成正比。成正比。v增大积分速度降低系统的稳定程度。增大积分速度降低系统的稳定程度。3 积分速度对于调理过程的影响积分速度对于调理过程的影响图图4.7 4.7 积分速度积分速度S0 S0 对调理过程的影响对调理过程的影响图图4.8 P4.8 P与与I I 调理过程的比较调理过程的比较v调理器的输出调理器的输出u u与被调量或其偏向与被调量或其偏向e e对于对于时间的导数成正比，即时间的导数成正比，即(4.

19、12) 2dtdeSu 式中，式中，S2 S2 微分时间。微分时间。2.5.2.4 2.5.2.4 微分调理微分调理D D调理调理vD D调理的阶跃呼应调理的阶跃呼应微分调理的思想：微分调理的思想：微分调理只与偏向的变化成比微分调理只与偏向的变化成比例，偏向变化越猛烈，由微分例，偏向变化越猛烈，由微分调理器给出的控制造用越大，调理器给出的控制造用越大，从而及时地抑制偏向的增长，从而及时地抑制偏向的增长，提高系统的稳定性。提高系统的稳定性。v调理器在调理器在t=t0t=t0时辰，输入阶跃偏向时辰，输入阶跃偏向e e，偏，偏向的变化速度为：向的变化速度为：dtde 之后，调理器的输出立刻又回到零，

20、理想的微之后，调理器的输出立刻又回到零，理想的微分调理特性曲线为一垂直直线。分调理特性曲线为一垂直直线。v如加热炉温度自动调理如加热炉温度自动调理, ,当温度低于给定值时当温度低于给定值时, ,那么煤气阀门应开大那么煤气阀门应开大, ,这是比例调理作用这是比例调理作用, ,但同但同时发现时发现, ,温度降低的速度很快温度降低的速度很快, ,阐明出现了较大阐明出现了较大的扰动的扰动, ,那么下一时辰的偏向将会更大那么下一时辰的偏向将会更大, ,因此应因此应预先采取措施预先采取措施, ,即提早动作即提早动作, ,把煤气阀门的开度把煤气阀门的开度开得更大一些开得更大一些, ,这叫超前作用。这叫超前作

21、用。微分调理的特点微分调理的特点P P和和I I是根据曾经构成的被调参数与给定值之是根据曾经构成的被调参数与给定值之偏向而动作偏向而动作( (即偏向的方向和大小进展调即偏向的方向和大小进展调理理) )。微分调理是根据偏向信号的微分微分调理是根据偏向信号的微分, ,即偏向变即偏向变化的速度而动作的。化的速度而动作的。只需偏向一露头只需偏向一露头, ,调理器就立刻动作，以求调理器就立刻动作，以求更好的调理效果更好的调理效果偏向没有变化偏向没有变化, ,微分调理不起作用。微分调理不起作用。微分调理主要用于抑制调理对象有较大的传微分调理主要用于抑制调理对象有较大的传送滞后和容量滞后。送滞后和容量滞后。

22、v留意：留意：v微分调理不能消除余差。微分调理不能消除余差。v微分调理只对偏向的变化做出反响，微分调理只对偏向的变化做出反响，而与偏向的大小无关。而与偏向的大小无关。v单纯的微分调理器也是不能任务的。单纯的微分调理器也是不能任务的。v 实践的调理器都有一定的失灵区，假实践的调理器都有一定的失灵区，假设调理误差的变化速度缓慢，以致于调设调理误差的变化速度缓慢，以致于调理器不能觉察，纯微分调理器将不会动理器不能觉察，纯微分调理器将不会动作，此时调理误差会不断累积却得不到作，此时调理误差会不断累积却得不到校正。校正。vPID是比例、积分、微分的缩写是比例、积分、微分的缩写v Proportional

23、-Integral-Differentialv比例作用的输出与偏向大小成正比；比例作用的输出与偏向大小成正比；v积分作用的输出变化速度与偏向成正比；积分作用的输出变化速度与偏向成正比；v微分作用的输出与偏向变化速度成正比。微分作用的输出与偏向变化速度成正比。v比例调理作用：是按比例反响系统的偏向，比例调理作用：是按比例反响系统的偏向，系一致旦出现了偏向，比例调理立刻产生系一致旦出现了偏向，比例调理立刻产生调理作用用以减少偏向。调理作用用以减少偏向。v比例作用大，可以加快调理，减少误差比例作用大，可以加快调理，减少误差v但是过大的比例，使系统的稳定性下降，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至

24、呵斥系统的不稳定。甚至呵斥系统的不稳定。pK(s+1)(2s+1)K KG01234567800.20.40.60.811.21.41.61.8Step ResponseTime (sec)AmplitudeK=0.2K=1K=10K=1001( )1+ peK K 比例调理 K的变化对控制效果的影响 v积分调理作用：是使系统消除稳态误差，提高无积分调理作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。由于有误差，积分调理就进展，直至无差，差度。由于有误差，积分调理就进展，直至无差，积分调理停顿，积分调理输出一常值。积分调理停顿，积分调理输出一常值。v积分作用的强弱取决于积分时间常数积分作用的强弱取决于

25、积分时间常数TiTi，TiTi越小，越小，积分作用就越强。反之积分作用就越强。反之TiTi大那么积分作用弱。大那么积分作用弱。v参与积分调理可使系统稳定性下降，动态呼应变参与积分调理可使系统稳定性下降，动态呼应变慢。慢。v积分作用常与另两种调理规律结合，组成积分作用常与另两种调理规律结合，组成PIPI调理调理器或器或PIDPID调理器。调理器。KI1s (s+1) (2s+1)GT0102030405060-8-6-4-2024681012Step ResponseTime (sec)AmplitudeTi=0.502040608010012000.20.40.60.811.21.41.61.

26、8Step ResponseTime (sec)AmplitudeTi=1Ti=5Ti=10Ti=inf积分调理，积分调理， Ti的变化对控制效果的影响的变化对控制效果的影响 v微分调理作用：微分作用反映系统偏向信号的变微分调理作用：微分作用反映系统偏向信号的变化率，具有预见性，能预见偏向变化的趋势，因化率，具有预见性，能预见偏向变化的趋势，因此能产生超前的控制造用，在偏向还没有构成之此能产生超前的控制造用，在偏向还没有构成之前，已被微分调理作用消除。因此，可以改善系前，已被微分调理作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。统的动态性能。v在微分时间选择适宜情况下，可以减少超调，减在微分时间选择

27、适宜情况下，可以减少超调，减少调理时间。少调理时间。v微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的微微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的微分调理，对系统抗干扰不利。分调理，对系统抗干扰不利。v此外，微分反响的是变化率，而当输入没有变化此外，微分反响的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。时，微分作用输出为零。v微分作用不能单独运用，需求与另外两种调理规微分作用不能单独运用，需求与另外两种调理规律相结合，组成律相结合，组成PDPD或或PIDPID控制器。控制器。0102030405060708000.10.20.30.40.50.60.70.8Step ResponseTime (se

28、c)AmplitudeTd=0.5Td=1Td=10Td=0dKs (s+1) (2s+1)TGkk( )( )( ) 1+( )G sY sR sG sk0k( )1( )lim 1+( )sG sysG s s 微分调理，微分调理，Td的变化对控制效果的影响的变化对控制效果的影响 1 比例积分比例积分PI调理调理积分调理可以消除静差积分调理可以消除静差,但有滞后景象，比例但有滞后景象，比例调理没有滞后景象，但存在静差。调理没有滞后景象，但存在静差。PI调理就是综合调理就是综合P、I两种调理的优点，利用两种调理的优点，利用P调理快速抵消干扰的影响，同时利用调理快速抵消干扰的影响，同时利用I调

29、理调理消除残差。消除残差。2.5.2.5 比例积分微分调理比例积分微分调理(PID调理调理)PIPI调理规律为：调理规律为：(4.15) )1(1(4.14) 000tItPedtTeuedtSeKu 式中式中 比例带可视情况取正值或负值比例带可视情况取正值或负值 TI TI 积分时间积分时间和和TI TI 是是PIPI调理器的两个重要参数。调理器的两个重要参数。图图4.10 PI4.10 PI调理器的阶跃呼应调理器的阶跃呼应 011()tIueedtT11()1IIuee tTeetT TIv 在施加阶跃输入的瞬间，调理器立刻输出一个幅值在施加阶跃输入的瞬间，调理器立刻输出一个幅值为为ee的

30、阶跃，然后以固定速度的阶跃，然后以固定速度eeTITI变化。变化。当当t= TIt= TI时，调理器的总输出为时，调理器的总输出为2e2e。输出的。输出的积分部分正好等于比例部分。积分部分正好等于比例部分。v TITI可以衡量积分部分在总输出中所占的比重：可以衡量积分部分在总输出中所占的比重：TITI愈愈小，积分部分所占的比重愈大。小，积分部分所占的比重愈大。)1(10tIedtTeuv残差的消除是残差的消除是PIPI调理器积分动作的结果。调理器积分动作的结果。v积分部分的阀位输出使调理阀开度最终得以到积分部分的阀位输出使调理阀开度最终得以到达抵消扰动所需的位置。达抵消扰动所需的位置。v比例部

31、分的阀位输出比例部分的阀位输出UpUp在调理过程的初始阶段在调理过程的初始阶段起较大作用，但调理过程终了后又前往到扰动起较大作用，但调理过程终了后又前往到扰动发生前的数值。发生前的数值。比例积分调理过程比例积分调理过程负荷变化前负荷变化前tuPI设定限值时，设定限值时， uPI=umax uPI=umax结果：这样有能够在正常操作中不能消除系统的余差结果：这样有能够在正常操作中不能消除系统的余差积分分别法积分分别法ee设定限值时，改用纯设定限值时，改用纯P P调理调理结果：既不会积分饱和又能在小偏向时利用积分作用消除结果：既不会积分饱和又能在小偏向时利用积分作用消除偏向偏向遇限减弱积分法遇限减

32、弱积分法uPIuPI设定限值时，只累加负偏向，反之亦然设定限值时，只累加负偏向，反之亦然结果：可防止控制量长时间停留在饱和区结果：可防止控制量长时间停留在饱和区抗积分饱和的措施抗积分饱和的措施PDPD调理器的动作规律是调理器的动作规律是2 比例微分比例微分(PD)调理规律调理规律(4.17) )(1(4.16) 2dtdeTeudtdeSeKuDP式中式中 比例带，可视情况取正值或负值比例带，可视情况取正值或负值 TD TD 微分时间微分时间工业上实践采用的工业上实践采用的PDPD调理器的传送函数是：调理器的传送函数是：(4.19) 111)(sKTsTsGDDDc式中式中 KD KD 微分增

33、益微分增益相应的单位阶跃呼应为：相应的单位阶跃呼应为：(4.20) )/exp()1(11DDDKTtKu图图 4.4.16 PD16 PD 调节器的单位阶跃响应调节器的单位阶跃响应 (4.20) )/exp()1(11DDDKTtKu微分作用微分作用纯比例作用纯比例作用纯比例作用纯比例作用TD大，微分作用强大，微分作用强阐明：阐明：微分作用的强弱用微分时间微分作用的强弱用微分时间TDTD来衡量来衡量微分时间微分时间TDTD越大，微分作用越强，超前时间越大。越大，微分作用越强，超前时间越大。理想的微分调理是不能单独运用的，它总是依靠理想的微分调理是不能单独运用的，它总是依靠于比例调理或比例积分

34、调理的。于比例调理或比例积分调理的。根据根据PDPD调理器的斜坡呼应也可以单独测定它的微分时间调理器的斜坡呼应也可以单独测定它的微分时间TDTD图图 4.4.17 PD17 PD 调节器的斜坡响应调节器的斜坡响应 假设假设TD = 0TD = 0即没有微分即没有微分动作，那么输出动作，那么输出u u将按将按虚线变化。微分动作的虚线变化。微分动作的引入使输出的变化提早引入使输出的变化提早一段时间发生，而这段一段时间发生，而这段时间就等于时间就等于TDTD。PDPD调理器有导前作用，调理器有导前作用，其导前时间即是微分时其导前时间即是微分时间间TDTD。v PDPD调理也是有差调理调理也是有差调理

35、v 在稳态下，在稳态下，dededtdt0 0，PDPD调理器的微分部分输出为调理器的微分部分输出为零，因此，此时零，因此，此时PDPD调理与调理与P P调理一样。调理一样。v 微分调理有提高控制系统稳定性的作用微分调理有提高控制系统稳定性的作用v 微分调理动作总是力图抑制被调量的振荡微分调理动作总是力图抑制被调量的振荡v 引入微分动作要适度，当引入微分动作要适度，当TDTD超出某一上限值后，系统反超出某一上限值后，系统反而变得不稳定而变得不稳定v 适度引入微分动作可以允许稍许减小比例带适度引入微分动作可以允许稍许减小比例带v 这样可以减小残差、减小短期最大偏向、提高振荡频率这样可以减小残差、

36、减小短期最大偏向、提高振荡频率同时坚持衰减率不变。同时坚持衰减率不变。比例微分调理的特点比例微分调理的特点v 微分调理也有不利之处：微分调理也有不利之处：v 微分动作太强容易导致调理阀开度向两端饱和微分动作太强容易导致调理阀开度向两端饱和v 在在PDPD调理中总是以比例动作为主，微分动作只能起辅助调理中总是以比例动作为主，微分动作只能起辅助调理作用。调理作用。v PDPD调理器的抗干扰才干很差调理器的抗干扰才干很差v 只能运用于被调量的变化非常平稳的过程，普通不用于只能运用于被调量的变化非常平稳的过程，普通不用于流量和液位控制系统。流量和液位控制系统。v 微分调理动作对于纯迟延过程是无效的。微

37、分调理动作对于纯迟延过程是无效的。比例微分调理的特点续比例微分调理的特点续图图4.18 P4.18 P调理系统和调理系统和PDPD调理系统过程的比较调理系统过程的比较图图4.19 PD4.19 PD控制系统不同微分时间的呼应过程控制系统不同微分时间的呼应过程v PID PID调理：调理：v将比例、积分、微分三种调理作用结合起来的调将比例、积分、微分三种调理作用结合起来的调理。理。v PID PID调理器的动作规律是：调理器的动作规律是：3 比例积分微分比例积分微分(PID) 调理规律及其根本特征调理规律及其根本特征 (4.22) (4.21) )1(10200dtdeTedtTeudtdeSedtSeKuDtItP v PID PID调理的三个特征参数调理的三个特征参数v比例带比例带、积分时间、积分时间TITI、微分时间、微分时间TDTD(4.23) )11 (1)(sTsTsGDI PIDPID调理器的传送函数物理上不能实现调理器的传送函数物理上不能实现 工业上实践采用的工业上实践采用的PIDPID调理器，如调理器，如DDZDDZ型型调理器，其调理律为调理器，其调理律为 (4.25) 1111 )(sKTsTsTKsGDDDIPc图中的阴影部分面积代表微分作用的强弱图中的阴影部分面积代