简单控制系统的设计和参数整定方法市公开课获奖课件

1、第五章 简朴控制系统设计及参数整定办法魏 莉 机电工程学院测控系1第1页第1页2第2页第2页简单控制系统 一个调整器，一个调整阀，控制一个被控参数单回路闭环控制系统，经典结构框图以下图示。调整器GC（S）调整阀GV（S）被控过程GP（S）干扰通道Gf（S）F(S)测量变送H（S）R(S)-E(S)U(S)Q(S)C(S)Y(S)3第3页第3页单回路控制系统特点结构简朴、投资少、易于整定和投运；可满足普通生产过程工艺要求； 占控制回路80%以上，应用广泛；适合用于被控过程纯滞后与惯性不大、 负荷与干扰改变比较平稳或者工艺要求不太高场合。4第4页第4页5第5页第5页第一节 过程控制系统设计概述一.

2、 对过程控制系统普通要求稳：控制系统必须是稳定，且有一定 稳定裕量。准：系统被控参数实际运营情况与希 望情况偏差要小，控制精度要高。快：系统从一个工作状态向另一个工作 状态过渡时间要短，即衰减振荡短。 工程上三者往往互相矛盾，如要精度高则平稳受影响，要平稳则快速性受削弱，普通应满足最主要要求，分清主次。6第6页第6页过控系统构成: 被控过程；控制仪表；检测仪表等。主要工作: 拟定控制方案； 选择检测办法； 选择检测仪表； 选择控制仪表; 参数整定。二. 过程控制系统设计基本办法与环节7第7页第7页控制系统设计环节:1. 熟悉系统技术要求或性能指标2.建立系统数学模型 过程数模是理论分析和进一步

3、设计基础和依据。3.控制方案确实定 含系统构成和控制方式,拟定方案依据是被控过程特性,技术指标,控制任务要求,方案要简朴经济可行,要有比较。4. 依据系统静动态特性进行理论分析和综合 由技术指标,系统静动态特性,拟定调整规律和参数整定。 分析办法:频率法,根轨迹法,优化设计等。 分析工具:计算机仿真等。5. 设备选型6. 试验验证8第8页第8页 内容包括方案设计：即系统构成和控制方式，是设计关键，方案不合理，选何种仪表都无作用。工程设计：指仪表选型，控制室和仪表盘设计，供电供气系统设计，信号连锁和系统保护。工程安装与仪表调校。调整器参数整定：设置调整器参数，使系统运营在最佳状态。 关键内容控制

4、方案设计；调整器参数整定。三. 过程控制系统设计主要内容9第9页第9页1 认真熟悉过程特性 要理解过程特性,熟悉工艺流程特点要求,这是方案主要依据。2 要明确过程中各个生产环节关系3.测量信号预先处理 普通测量信号作反馈用较主要,但是现场信号,故噪声大,要进行滤波或线性化或温度补偿等预处理。4.系统安全保护 安全可靠,尤其是在高温高压,易燃易爆,强腐蚀等环境下,要选符合要求仪表和设备。四.系统设计中需注意几种问题10第10页第10页第二节 过程特性对控制质量 影响及控制方案确实定一. 干扰通道特性对控制质量影响调整器GC（S）调整阀GV（S）被控过程GP（S）干扰通道Gf（S）F(S)测量变送

5、H（S）R(S)-E(S)U(S)Q(S)C(S)Y(S)干扰与系统输出传递关系11第11页第11页系统输出与干扰传递函数:C(S) / F(S)=Gf (S) / 1+GC(S)GV(S)GP(S)H(S) 设干扰通道Gf (S)为一单容过程, 即 Gf (S) = Kf / ( Tf S+1)则有 C(S) / F(S) = 1 / 1+GC(S)GV(S)GP(S)H(S) Kf / ( Tf S+1 ) 或有延时f 时 C(S) / F(S)=Gf (S) / 1+GC(S)GV(S)GP(S)H(S) exp(-f S)12第12页第12页1. 静态增益Kf : Kf越大,扰动引起输

6、出越大,设计时应减小Kf ,如办不到,应增强控制作用,或采用扰动补偿。2. 时间常数Tf : Gf (S)是一个惯性环节,对扰动F(S)有一定滤波作用,Tf 越大 ,效果越明显,故Tf 越大,扰动对被控参数动态影响越小。3. 延时f : 相称于扰动推迟一段时间进入系统,对控制质量无影响4. F(S)进入系统位置影响如F(S)在GP(S)之迈进入系统:则C(S) / F(S) = 1+GC(S)GV(S)GP(S)H(S) Gf (S)GP(S).或C(S) / F(S) = 1+GC(S)GV(S)GP(S)H(S) 1KfTf S+1KPTP S+1又多了一个滤波器13第13页第13页调整器

7、GC（S）调整阀GV（S）被控过程GP（S）F1(S)测量变送H（S）R(S)-E(S)C(S)Y(S)F2(S)F3(S)14第14页第14页控制通道:其作用总是力图使被控参数与给定值相一致扰动通道:其作用总是力图使被控参数与给定值相偏离二 .控制通道特性对控制质量影响15第15页第15页1. 静态增益KO : 调整器KC一定期: KO越大控制作用越强,抗扰能力越强,稳态误差越小,被控参数对控制作用反应越灵敏。 KO越大意味着系统静态增益越大,对系统闭环稳定性不利。 设计时应综合考虑稳定性快速性和稳态误差三方面: 改变KC使开环增益KOKC适当,当KO越大,KC越小,减少调整器要求2. 时间

8、常数TO : TO较大,调整器对被控参数调整作用就不及时,过渡过程加长 TO过小,控制作用过于灵敏,引起振荡,设计时应TO较小,或增长微分16第16页第16页3.纯时延: 信号传输,测量变送等产生,对系统影响不利,既不能及时发觉被控参数改变,又不能使控制作用及时产生效应,使动态偏差增大,超调增加,相角滞后稳定性降低,应尽也许减小 过控中用O/TO反应控制难易程度, O/TO0.3易控, O/TO0.5难控17第17页第17页4.时间常数匹配: 设广义被控过程传递函数为: (由被控过程,测量元件,调整阀等一阶惯性环节串接）GO(S) =K(T1S+1)(T2S+1)(T3S+1)则临界稳定增益为

9、: KO=2+T1/T2+T2/T3+T3/T2+T2/T1+T3/T1+T1/T3 KO大小取决于T1,T2,T3相对比值,计算可知:时间常数错开越多，开环增益就允许提升越多，对系统控制质量越有利，事实上，最大时间常数相应过程关键设备，不易改变，可选择小时间常数测量仪表和含有小时间常数调整阀。18第18页第18页控制方案选被控参数(控制哪一个参数)选控制参数(操纵变量)测量和变送选调整阀和执行器拟定调整规律 拟定控制方案:借助于实际工程经验以及理论分析和计算。三 . 控制方案拟定19第19页第19页(1) 应选取对产品质量和产量,安全生产,经济运营有决 定性作用,可直接测量工艺参数作为被控参

10、数。(2) 对难以直接测量被控参数,应选取一个与直接参数有单值函数关系间接参数作为被控参数(精馏塔)。(3) 用间接参数作为被控参数时,该参数应对产品质量有足够控制灵敏度(4) 考虑工艺过程合理性和选取仪器仪表性能价格比普通情况下,对于一个已经运营生产过程,被控参数是拟定,事实上已无多大选择余地1、系统被控参数选取20第20页第20页21第21页第21页依据过程特性对系统控制质量影响分析,选择操纵变量(1) 选择结果应使静态增益KO应尽也许大一些,时间常数TO适当小一些,由生产过程,系统技术指标,调整器参数整定范围,用自控理论分析计算来确定。(2) 纯时延时间O应尽也许小, O/TO要小于0.

11、3，此比值过大时,不能用简朴控制系统。(3) 扰动通道静态增益Kf要尽也许小,时间常数Tf要尽也许大,扰动进入系统位置应尽也许远离被控参数,靠近执行器,可克制扰动对被控参数动态影响。(4) 错开广义被控过程时间常数(5) 考虑工艺操作合理可行性和经济性2 、控制参数(操纵变量)选择22第22页第22页测量变送传递函数:Y(S) / X(S) =Km /(TmS+1)exp(-mS) 亦即纯延时惯性环节，入出之间存在动态偏差，与仪表精度等级无关。x yxy阶跃响应tmm+Tm0mm+Tm0 x yxyt速度信号响应仪表静态误差:是指稳态时测量值与真实值之间偏差为了减小动态误差,提升测量精度,应设

12、法减小m和 Tm ,在其它一定情况下,只能选快速测量仪表3、被控参数测量及变送问题23第23页第23页有下列几种问题要注意:(1) 正确安装测量仪表(2) 对测量信号进行滤波和线性化(3) 对纯时延要尽也许进行补偿Gm(S)exp(-mS)+G(S)+x(S)y(S)加补偿环节后 x(S)Gm(S)=x(S)Gm(S)exp(-mS)+x(S) G(S)则G(S)= Gm(S)1- exp(-mS)结构G (S)即可24第24页第24页(4)尽也许消除Tm影响 选取快速仪表,但受一定局限,普通在测量变送环节输出端串接微分环节。Km/(TmS+1)TDS+1x(S)Y(S)y(S)/x(S)=K

13、m(TDS+1)/(TmS+1)若TD=Tm则可消除Tm影响 实际工程中,将此微分环节串于调整器之后,除可消除Tm影响外,还可起到加快系统对给定值变动时动态响应作用(5)气动信号时延问题气动传播管道特性:G(S)=1/(TS+1)exp(-S)尽也许缩短气路,增设继动器,补偿25第25页第25页气动执行器多用，另一方面是电动执行器，应依据实际情况选择。 气动执行器有气开和气关两种形式，应在调整器输出为零或气源中断时生产过程处于安全状态调整阀开度和口径选择: 口径过小,系统受大扰动时,即使全开,也会暂时失控；口径过大,阀门常处小开度,冲击使阀门受损失灵,正常工况下,阀开度应在15%-85%之间。

14、调整阀流量特性:考虑通过阀非线性流量特性补偿被控过程非线性特性电动执行器普通是电开形式4 、调整阀(执行器)选择 26第26页第26页关于正反作用被控过程正反作用正作用：输入量时,输出量,KP为正反作用：输入量时,输出量,KP为负如水池在出口流量一定期,进口流量液位,为正作用如水池在入口流量一定期,出口流量液位,为反作用5、调整器控制规律选择调整器正反作用正作用:反馈至输入端测量值 调整器输出,KC为负反作用:反馈至输入端测量值 调整器输出,KC为正调整阀气开:KV为正气关:KV为负测量变送环节Km为正27第27页第27页调整器正反作用拟定：由安全拟定气开气关过程特性拟定正反类型 拟定测量变送

15、环节极性拟定调整器正反作用系统正常工作:确保负反馈28第28页第28页例1:水槽液位控制系统 “-”“+”“+”“+”29第29页第29页例2:加热炉温度控制系统 “-”“+”“+”“+”30第30页第30页第三节 调整规律对控制质量影响 及调整规律选择 控制器作用：控制执行器，改变操纵变量使被控变量符合生产要求。 控制器在闭环控制系统中将检测变送环节传送过来信息与被控变量设定值比较后得到偏差，然后依据偏差按照一定控制规律进行运算，最后输出控制信号作用于执行器上。 31第31页第31页 过程控制普通是指连续控制系统，控制器输出随时间改变发生连续改变。无论是何种控制器，都有其基本调整规律。 调整

16、规律定义：是指控制器输出信号与输入信号之间关系。 控制器输入信号e(t)：是测量值y(t)与被控变量设定值之差 ，即e(t)= r(t) - y(t) ； 控制器输出信号u(t)：是送往执行机构控制命令。 调整规律就是控制器输出信号u(t)随输入信号e(t)改变规律。 32第32页第32页以热互换器温度控制系统为例：设热互换器出口温度正常操作时应为85 ，载热体是蒸汽。 位式调整百分比调整积分调整微分调整 33第33页第33页一.百分比调整(Proportional Control )调整器输出: u=KC e Kc百分比增益，衡量百分比控制作用强弱变量。 Kc越大，在相同偏差输入下，输出也越

17、大。控制器输出改变量与输入偏差成正百分比，在时间上没有延滞。在实际中，习惯上使用百分比带表示百分比控制作用强弱。 百分比带:=1/KC 34第34页第34页1. 有差调整,存在静态误差,e为零,则u=0,失去调整作用,只能被控参数有差跟踪给定值，动作速度快。2.静差随而, 但稳定性,动态变坏3.不适合于给定值随时间改变情况，会使跟踪误差随时间增大而增大。4.关于KC KC增长,可减小静差,减少系统惯性,加快响应速度,但系统稳定性下降。C(S)/R(S)=KOKC/(1+KOKC)/TO/(1+KOKC)S+1=K/(TS+1)Kc越大，则T比TO减小诸多KCKO/(TOS+1)R(S)e(S)

18、u(S)C(S)-35第35页第35页5.关于百分比带百分比调整不是输出与输入成百分比，而是两者改变量成百分比。百分比带：控制器输入改变相对值与相应输出改变相对值之比百分数 其中：e为控制器输入信号改变量，即偏差信号； (Zmax-Zmin)为控制器输入信号改变范围，即量程； u为控制器输出信号改变量，即控制命令；(umax-umin)为控制器输出信号改变范围。 36第36页第36页X50%50%100%100%Y=2=1=0.5 横轴投影长度即为,在此范围内是有百分比作用,若偏差太大超出此范围,就不再有百分比作用,输出变量像开关,不是最大就是最小。百分比带详细意义为：使控制器输出改变满刻度时

19、，相应控制器输入改变量占输入信号改变范围百分数。即要使输出做全范围改变，输入信号必须改变全量程百分之几。 37第37页第37页例题：一台百分比作用温度调整器，其温度改变范围为400-800，调整器输出范围是4-20mA。当温度从600改变到700时，调整器相应输出从8mA变为12mA，试求该调整器百分比带。 这阐明在这个百分比带下，温度全范围改变（相称于400 ）时，控制器输出从最小变为最大，在此区间内，e和u是成百分比。 38第38页第38页百分比带对系统稳定性影响 小于临界值等于临界值偏小适当偏大太大39第39页第39页进水出水设定值HSP调整阀浮子支点L1L2L3L4杠杆阀杆百分比式液位

20、调整原理百分比增益KC=L1/L2百分比带 =1/KC用水多时实际水位必定要低于设定值，阀门才干开大用水少时实际水位必定要高于设定值，阀门才干关小静差Proportional Control 举例阐明40第40页第40页调整器输出 在人工调整时有一个理所当然原则,就是偏差不除决不罢休,只要偏差存在就连续不断地调下去,直到把偏差完全消除为止;非但如此, 偏差存在时间长,阐明扰动大,已经施加在对象上调整动作还不足以克制偏差,需要更大操作量,即操作量应和偏差对时间积分成正比。二.积分调整(Integral Control) 只要偏差存在,调整器输出就不断增长,e=0,不再增长但维持其输出。1. 无差

21、调整,调整过程结束,静差就不存在2. 积分常数SC大,则效果但稳定性减少3. I比P稳定性差,因阶数增长,出比入滞后90041第41页第41页PI输出： u=KCe+(KC/TI) e dt =1/e+(1/TI) e dt 0t0t传递函数:GC(S)=U(S)/E(S)=1/1+1/(TIS)=1/(TIS+1)/(TIS)ettuTIKCe2KCe阶跃响应如左图,在起始阶段P起作用,之后,PI共同作用,把P快速性与I消除静差相结合。积分作用滞后特性:动态比P差积分饱和:由于一些原因,e始终存在,使积分器深度饱和,失去调整作用,这是不允许,要预防。PI调整单独I调整无实用意义,而是用PI调

22、整，将P快速与I无差结合。42第42页第42页 在一个纯百分比控制闭环系统中引入积分作用时，若保持控制器百分比度不变，则可从下图所表示曲线族中看到，伴随TI减小，则积分作用增强，消除余差较快，但控制系统振荡加剧，系统稳定性下降；TI过小，也许造成系统不稳定。TI小，扰动作用下最大偏差下降，振荡频率增长。 TI影响43第43页第43页结论： 在百分比控制系统中引入积分作用长处是能够消除余差，然而减少了系统稳定性；若要保持系统原有衰减比，必须相应加大控制器百分比带，这会使系统其它控制指标下降。因此，假如余差不是主要控制指标，就没有必要引入积分作用。 由于百分比积分控制器含有百分比和积分控制长处，有

23、百分比带和TI两个参数可供选择，因此合用范围比较宽广，多数控制系统都能够采用。 44第44页第44页 无论是P还是I都是系统有偏差时才去处理,最好是能预测被调参数改变趋势,从而当机立断事先采用办法,防患于未然, 这种依据被调参数改变速度采用动作叫微分作用。D调整输出：u=SD d e / d t 同样,单纯D调整也无多大实用价值，常和P或I结合,构成PD,PID 调整。三.微分调整(Differential Control)45第45页第45页输出 u=KC e +KCTD( de/dt) = 1/e+TD(de/dt)传递函数 GC(S)=U(S)/E(S) =1/(1+TDS) 因微分易引

24、入高频噪声,普通加低通滤波,则 GC(S)=U(S)/E(S) =(1/)(1+TDS)/(TD/KD)S+1 KD为微分增益,在5-10之间,这样分母项时间常数是分子项1/5-1/10，分析时能够忽略分母项时间常数影响。1、PD调整46第46页第46页0.632YDYP+YDYXttYPTD1.PD是有差调整,稳态下D已不起作用,只剩P了2.PD可提升系统稳定性,克制过渡过程最大超调3.PD可减小静差,提升响应速度, 因D后可KC4.PD适合于时间常数大过程,不适合于Q,P等改变猛烈过程,会使阀频繁开关振荡47第47页第47页输出 u=KCe+S1edt +S2(de/dt) 或 u=1/(

25、e+1/TIedt+TDde/dt)0t0t传递函数 GC(S)=1/1+1/(TIS)+TDS =1/(TITDS2+TIS+1)/(TIS)2、PID调整48第48页第48页 PID调整是P,I和D线性组合,结合了百分比快速性,积分消除静差和微分预测性,要整定三个参数，比较困难PIDttttPID阶跃作用时响应,为正极性信号作用于正作用调整器49第49页第49页PID参数对系统动静态特性影响百分比度过小，即百分比放大系数过大时，百分比控制作用很强，系统有也许产生振荡；积分时间过小时，积分控制作用很强，易引起振荡；微分时间过大时，微分控制作用过强，易产生振荡。 50第50页第50页PID参数

26、对系统动静态特性影响：百分比（P）控制51第51页第51页PID参数对系统动静态特性影响：百分比积分（PI）控制52第52页第52页PID参数对系统动静态特性影响：百分比微分（PD）控制53第53页第53页PID参数对系统动静态特性影响：百分比积分微分（PID）控制54第54页第54页55第55页第55页调整规律应依据调整对象特性,负荷改变,扰动以及控制要求等详细情况来详细分析并考虑系统经济性运营以便等原因来拟定1.当广义控制通道时间常数或容积迟延较大时应引入D调整,若允许有静差,引入PD,不允许有静差,选取PID。2.当广义控制通道时间常数较小,负荷改变不大,工艺允许有静差时,选P调整,如储

27、罐压力,液位等工业过程。四.调节规律拟定56第56页第56页3.当广义控制通道时间常数较小,负荷改变不大,但工艺要求无静差时,选PI调整,如管道压力和流量控制等。4.当广义控制通道时间常数很大,并且纯时延较大,负荷改变也猛烈时,简朴控制系统不能满足要求,要用复杂控制系统或其它控制方案。5.若广义过程传递函数为 GO(S)=KOexp(-0S)/(TOS+1)0 / TO 0.2时,选P或PI0.20 / TO 1.0时,选PD或PID0 / TO 1.0时,简朴控制不能满足要求, 选串级或前馈-反馈复合控制 57第57页第57页五.位式控制 双位控制是位式控制最简朴形式。双位控制规律是：当测量

28、值不小于给定值时，控制器输出最大（或最小）；而当测量值小于给定值时，则控制器输出为最小（或最大）。其偏差e与输出u间关系为： 当e0或e0时， e0时， 双位控制只有两个输出值，相应执行器也只有两个极限位置，“开”或“关”。并且从一个位置到另一个位置是极其快速，这种特性又称继电特性。 1、双位控制58第58页第58页是一个典型双位控制系统。它是利用电极式液位计来控制电磁阀启动与关闭，从而使贮槽液位维持在给定值上下很小一个范围内波动。 59第59页第59页 在自动控制系统中，控制器若要按上述规律动作，则执行器动作非常频繁，这样就会使系统中运动部件（如上例中继电器、电磁阀等）因动作频繁而损坏，因而

29、很难保持双位控制系统安全、可靠地工作。实际生产中被控变量与给定值之间总是允许有一定偏差，因此，实际应用双位控制器都有一个中间区（有时就是仪表不灵敏区）。带中间区双位控制规律是：当被控变量上升时，必须在测量值高于给定值某一数值后，阀门才“关”（或“开”）；而当被控变量下降时，必须在测量值低于给定值某一数值后，阀门才“开”（或“关”）。在中间区域，阀门是不动作。这样，就能够大大减少执行器开闭阀门频繁程度。 2、含有中间区双位控制 60第60页第60页 图中上面曲线是控制器输出（比如通过电磁阀流体流量Q）与时间t关系；下面曲线是被控变量（液位）在中间区内随时间改变曲线。当液位低于下限值时，电磁阀是开

30、，流体流量不小于流出流体流量，故液位上升。当上升到上限值时，阀门关闭，流体停止流入。由于此时内流体仍在流出，故液位下降，直到液位下降至下限值时，电磁阀才重新启动，液位又开始上升。因此，带中间区双位控制过程是被控变量在它上限值与下限值之间等幅振荡过程。 61第61页第61页双位控制器特点：结构简朴、成本较低、易于实现，因此应用很普遍。常见双位控制器有：带电触点压力表、带电触点水银温度计、双金属片温度计、动圈式双位批示调整仪等。在工业生产中，如对控制质量要求不高，且允许进行位式控制时，可采用双位控制器构成双位控制系统。如空气压缩机贮罐压力控制，恒温箱、电烘箱、管式加热炉温度控制等就常采用双位控制系

31、统。 62第62页第62页3、三位控制 双位控制特点是：控制器只有最大与最小两个输出值；执行器只有“开”与“关”两个极限位置。因此，对象中物料量或能量总是处于严重不平衡状态，被控变量总是猛烈振荡，得不到比较平稳控制过程。为了改进这种特性，控制器输出能够增长一个中间值，即当被控变量在某一个范围内时，执行器能够处于某一中间位置，以使系统中物料量或能量不平衡状态得到缓和，这就构成了三位式控制规律。 63第63页第63页64第64页第64页第四节 调整器参数工程整定办法 依据被控过程特性拟定PID调整器百分比度,积分时间TI，微分时间TD大小。整定实质是通过改变调整器参数，使其特性和过程特性相匹配，以

32、改进系统动态和静态指标，取得最佳控制效果。投运环节：检测系统投入运营；调整阀手动遥控；调整器投运。待回路工况稳定后，可投入自动：把调整器PID参数值设置适当位置，当其偏差靠近零时， 即将调整器由手动切换到自动；若还不够抱负，则继续整定调整器参数，直到满意为止。 65第65页第65页控制系统投运： 关键是自动和手动切换 要求：必须确保是无扰动切换。 手动：通过控制器，手动给出控制器输出，手动输出。手动时，自动输出跟踪手动输出。 自动：控制器依据偏差，自动计算给出控制器输出，自动输出。自动时，手动输出跟踪自动输出。 普通，仪表控制器带有自动/手动切换开关，计算机控制时，也必须设置这样开关。66第6

33、6页第66页控制系统整定 1、整定目标 当前基本控制器普通均为PID控制器（百分比、积分、微分控制器）。PID控制器整定，调整P、I、D参数，使得控制系统控制性能指标达到满意。一旦控制控制系统安装到位，控制系统品质就取决于控制器参数设置 目标：选择什么样控制系统性能指标。 常见，如4：1衰减等，依据不同实际情况，有所不同。 67第67页第67页2、整定办法 两类：理论计算和工程整定办法 3、理论整定办法 基于控制原理计算办法（时域法、频域法、根轨迹法等），例子见教材。理论整定办法，必须要求已知各个环节传递函数，对于普通实际问题，难于满足。另外，理论计算也比较烦琐，工程上普通不采用。 4、工程整

34、定办法 工程整定办法，经验办法，简朴、以便，工程实际中广泛采用。 68第68页第68页调整器参数整定常以系统瞬态响应衰减率=0.75-0.90(衰减比为4:1-10:1)为主要指标,尽也许满足系统稳态误差,最大动态偏差,过渡时间等其它指标y1y3xt静差衰减率=(y1 - y3) / y1=0.75-0.90衰减比n=y1 / y3=4:1-10:169第69页第69页这是一个闭环整定办法,无需测试过程动态特性,办法简朴以便,使用较多先TI= ,TD=0 , （没有积分、微分作用） 置于100%（K=1）,系统投入闭环运营2 系统运营稳定后,对设定值施加一个阶跃扰动, 由大到小减小, 直到系统

35、输出Y出现等幅振 荡,亦即临界振荡，统计此时K 和 TK4 由K 和 TK 查表,表中数据是由经验公式计算而来一. 临界百分比度法3 若Y衰减振荡，则继续减小；若Y发散振荡，则应增大70第70页第70页tTKC(t)整定参数调整规律PPIPID%TITD2K2.2K1.7K0.85TK0.5TK0.125TK临界百分比度法长处：简朴缺点：有些实际系统不允许进行等幅振荡测试(如锅炉给水和燃烧控制) ，另外，对象也必须是二阶以上系统，不然，不能出现振荡。 71第71页第71页无需出现等幅振荡1 先TI= ,TD=0 ,置于较大,系统投入闭环运营2 系统运营稳定后,对设定值施加一个阶跃扰动,调整,

36、直到系统出现衰减比为4:1或10:1振荡,统计此时S 和 TS或Tr由S和TS和Tr查表,表中数据是由经验公式计算而来二 . 衰减曲线法72第72页第72页C(t)tTSC(t)tTr衰减比整定参数调整规律PPIPID0.75%TITDS1.2S0.5TS0.8S0.3TS0.1TS0.90PPIPIDS1.2S2Tr0.8S1.2Tr0.4Tr长处：易于实际应用缺点：有时4：1衰减10：1衰减曲线 不太好拟定，只能近似 73第73页第73页这是一个开环整定办法,用广义过程阶跃响应特性曲线进行参数整定GC(S)GV(S)GP(S)Gm(S)RSCSy(S)三. 反应曲线法系统开环、稳定（测量值

37、等于给定值） 手动操作控制器产生一个阶跃输出，它将作用于广义对象上，统计Y曲线（反应曲线） 此办法简朴，但有些实际场合，不允许进行开环阶跃试验74第74页第74页对于无自衡广义过程,传递函数为: GO(S)=(/S)exp(-s)对于有自衡广义过程,传递函数为: GO(S)=KO/(1+TOS)exp(-s) =(1/)/(1+TOS) exp(-s)y(t)=tgty(t)TOtKO=1/75第75页第75页GC（S）1/（1+1/TIS）/(1+1/TIS+TDS)/P调整规律0.85TI2TD0.5PIPID1.13.3调整规律PPIPID(1+1/TIS+TDS)(1+1/TIS)1G

38、C(S)/TO0.2TITD1/TO1.1/TO.85/TO3.320.50.2/TO1.5TITO-0.08)(TO+0.7)(2.6TO-0.08)(TO+0.6)(2.6TO-0.15)(TO+0.08)(2.60.8T00.81T0+0.19TD0.25TI=0.75无自衡=0.75有自衡76第76页第76页1. P调整器 1/=1/KO (/TO)-1 + 0.3333 2. PI调整器 1/=1/KO 0.9(/TO)-1 + 0.082 TI/TO=3.33(/TO)+0.3(/TO)2/1+2.2(/TO)3. PID调整器 1/=1/KO1.35(/TO)-1+0.27TI/

39、TO=2.5(/TO)+0.5(/TO)2/1+0.6(/TO)TD/TO=0.37(/TO)/1+0.2(/TO以=0.75为性能指标反应曲线法之柯恩-库恩整定公式77第77页第77页绝对误差积分 IAE = e(t)dt0平方误差积分 ISE = e2(t)dt0时间与绝对误差乘积积分 ITAE = te(t)dt0以上述三个误差积分极小化为准则,由计算机仿真,得到调整器参数整定公式:对于P调整 KCKO=A(/TO)B对于I调整 TO/TI=A(/TO)B对于D调整 TD/TO=A(/TO)B其中KC=1/ , A 和 B 数值查下表反应曲线法以积分误差为准则78第78页第78页判据调整

40、规律调整作用ABIAEISEITAEIAEISEITAEIAEPPPPIPIPIPIDPPPPIPIPIPIDISEPIDPIDITAEPIDPID0.9021.4110.9040.9840.6081.3050.4920.8590.6741.4350.8781.4951.1010.5601.3570.4820.8420.381-0.985-0.917-1.084-0.986-0.707-0.959-0.739-0.977-0.680-0.921-0.7491.137-0.945-0.7711.006-0.947-0.7380.995反应曲线法以积分误差为准则表格(定值)79第79页第79页判据

41、调整规律调整作用ABIAEITAEIAEITAEPIPIPIDPIDPI*PI*PI*DPI*D0.7581.020.5861.031.0860.7400.3480.9650.7960.3080.929-0.147-0.8550.914-0.130-0.869-0.861-0.323-0.916-0.165对于P调整 KCKO=A(/TO)B对于I*调整 TO/TI=A+B(/TO)对于D调整 TD/TO=A(/TO)B对于随动系统反应曲线法以积分误差为准则表格(随动)80第80页第80页已知被控过程为二阶惯性环节G(S)=1(5S+1)(2S+1)测量仪表特性Gm(S)=10S+11调整阀特

42、性GV(S)=1.0则广义过程传递函数GP(S)=GV(S) G(S) Gm(S)=(5S+1)(2S+1) (10S+1)1试验得到阶跃响应曲线为近似带纯时延一阶惯性环节GP(S)=20S+11e-2.5S举例81第81页第81页1 反应曲线法/T0=2.5/20=0.1250.20 ,依据=0.75准则查表P调整=0.125即KC=8PI调整KC=7.5,TI=8.25PID调整KC=9.4,TI=5,TD=1.25P调整KC=8.3PI调整KC=7.3,TI=6.6PID调整KC=10.9,TI=5.85,TD=0.89柯-库= 2.5 s，T0=20s，=182第82页第82页2 临界百分比法在纯百分比时,使百分比带由大到小出现等幅振荡得K0.08 ,TK15,12P调整 KC=6.25PI调整KC=5.7,TI=12.85PID调整KC=7.35,TI=7.56,TD=1.89主要是试验;不同经验公式有一点差异;不同方法差异较大临界百分比法设置参数可预防系统不稳定83第83页第83页四. 经验法84第84页第84页85第85页第85页四. 工程整定办法比