北科控制工程考研自控课件7.ppt

1、第7章系统校准和PID控制、尹信英特尔：62332262、电子邮件：YYX _ BLOG:第7章系统校准和PID控制、7.1问题毽子7.2系统校准的几种茄子通用经典方法7.3 PID模型及其控制规则分析7.4 PID控制器参数系统校准的几种茄子通用系统校正：基于系统分析，引入了特定参数可以根据需要更改的辅助设备，从而提高了系统性能。此处使用的辅助设备也称为校准设备。一般来说，受控目标(G2(s)的模型结构和参数不能任意更改，可以说是控制系统的“不变部分”。如果牙齿控制对象仅仅由反馈系统组成，则通常不能满足控制要求。为此，经常在系统中引入特定的链路校准设备(G1(s)来提高性能指标。7.1问题的

2、毽子，当时，可能有一定的成立。说明系统输出Y (s)不受干涉N (s)的影响。(1)干扰补偿的前馈赔偿，被脐相，我们初步学到的几种茄子校正方法：7.1问题毽子，(2)对给定输入的赔偿，7.1问题毽子比例微分校正对系统性能的影响分析。(3)比例微分控制，提出7.1问题，系统开环传递函数，闭环传递函数，等效阻尼比，提出7.1问题，分析，系统的开环传递函数，右图为使用速度反馈控制的二次系统。分析速度反馈校正对系统性能的影响。(4)速度反馈控制，7.1问题的建议，形式的kt是速度反馈系数。其中，系统的开环增益，(无速度反馈开环增益)，闭环传递函数：7.1问题的建议，等效阻尼比：显然，速度反馈可以增加系

3、统，在应用速度反馈补偿时，应适当增加原始系统的开环增益，以补偿速度反馈引起的开环增益，并相应地选择速度反馈系数Kt，将阻尼比T增加到适当的值，以减少系统的超额量，提高系统的响应速度。上述校正方法都具有重要的实用意义。牙齿章节侧重于工程中最常用PID控制器的设计和实现。7.1问题毽子，7.2系统校准的几个茄子常用经典方法，1，串行校准2，反馈校准(并行)3，前馈校准4，串行并行校准5，校准类型比较，7.2系统校准的几个茄子常用经典方法，系统校准的基本概念是在研究系统校准设备时为了方便起见，所以控制系统的校准与给定的现有部分和性能指标进行比较。校准中常用的性能指标包括稳态精度、稳定性裕度、响应速度

4、等。(1)稳定精度指标：位置误差系数Kp、速度误差系数Kv和加速度误差系数Ka。(2)稳定裕量指标：摊销裕量，增益裕量Kg，共振峰Mr，最大超额量，阻尼比。(3)利用响应速度指标：上升时间tr、曹征时间ts、剪切频率C、带宽BW、谐振频率r .系统的原始部分和上述性能指标的部分，可以轻松地设计系统的校正装置，使系统满足指定要求。，7.2系统校准的几种茄子常用经典方法，系统校准的基本概念校准设备访问系统主要与系统的原始部分连接。这称为串行校准。在系统的原始部分引导反馈信号，与原始部分或其部分一起配置本地反馈循环，并在本地反馈循环内设置校正设备。这称为反馈校正或并行校正。为了提高性能，还经常使用串

5、行反馈校正。这里反馈控制与前馈控制一起使用，因此也称为复合控制系统。有时还使用前馈赔偿(或前馈补偿)。7.2系统校正的几个茄子典型经典方法、系统校正的基本概念、7.2系统校正的几个茄子典型经典方法、系统校正方法的比较选择哪种校正方法、主要取决于系统结构的特性、采用的组件、信号的特性、经济条件、设计人员的经验等。串行校准简单，易于实施。反馈校正可以改善反馈包围的链接的特性，并抑制这些链接参数波动或非线性因素对系统性能的不利影响。复合控制特别适用于稳态误差小、瞬态响应平稳、快速的系统。摘要控制系统的校正并不像系统分析那样只有一个答案。也就是说，满足性能指标要求的校准方案不是唯一的。(1)如果串行校

6、正、校正组件和系统不变部分相连接，则牙齿形式称为串行校正，如下图所示。图中，Gc (s)和G0 (s)分别表示校正部分和不变部分的传递函数，7.2系统校正的几种茄子典型经典方法，(2)。7.2系统校正的几种茄子典型经典方法，如果可以测量干涉，则从干涉引入为输入方向，从而消除或减少干涉对系统的影响的赔偿信道。(3)输入方向引入的校正信道，用于前馈控制、7.2系统校正的几种茄子典型经典方法，以消除或减少系统故障。(4)反馈控制，7.2系统校正的几种茄子典型经典方法，串行校正3360分析简单，应用范围广，易于理解和接受。反馈校正：也称为速率反馈和微分反馈，差分反馈也称为速度反馈。反馈校正：旨在消除或

7、减少系统错误。前馈校正：消除或减少干扰对系统的影响。牙齿章节介绍了最常见串行校准中的PID校准。(5)校正类型比较，7.2系统校正的几种茄子常用经典方法，7.3 PID模型及其控制规则分析，1，PID控制器模型2，PID控制规则分析3，PID控制器的属性，P Proportional，比例I Integral，比例I Integral其基本构成原理比较简单，学过控制理论的读者很容易理解它。参数的物理意义也比较明确。适应性强，可广泛应用于化工、轻工业、冶金、炼油、造纸、建筑材料等各种生产部门。根据PID控制工作的自动枯萎早期商品化。在具体实施中，经历了机械、液动、气动、电子等发展阶段。但是，即使

8、当前最新的流程控制计算机的基本控制功能仍然是PID控制，也没有离开PID控制的范例。老封很强。也就是说，其控制质量对控制对象特性的变化不太敏感。由于这些优点，在进程控制中，人们首先想到的总是PID控制。大型现代化生产设备的控制回路最多可以超过120个，其中大部分使用PID控制。存在两个茄子例外。一是控制对象易于控制，控制要求不高，可以使用更简单的交换机控制方法。另一种是，如果控制对象特别难控制，控制要求特别高，PID控制难以满足生产要求，则需要考虑更先进的控制方法。(1) PID控制器模型、7.3 PID模型及其控制规则分析，Kp比例系数KI=KP TI积分系数KD=KPTD微分系数TI积分时

9、间常数TD微分时间常数，(2) PID模型及其控制规则分析。其中KP是缩放系数或P型控制器的增益。具有比例控制规律的控制器为P控制器，1)比例控制器，7.3 PID模型及其控制规则分析，比例控制器基本上是放大器。在信号转换过程中，缩放控制器仅更改信号的增益，而不影响相位。在串行校正中，增加控制器增益Kp可以提高系统的开环增益，减少系统的稳态误差，从而提高系统的控制精度，但会降低系统的相对稳定性，闭环系统也可能变得不稳定。因此，系统校正设计很少只使用比例控制规则。分析引入比例调节器前后的性能变化(例如7.1，分析，Kp=1时=1.2，过度制动状态，无振动，ts长度)。Kp=100，=0.12，欠

10、阻尼状态，超出p=68% Kp=2.88，=0.707，欠阻尼状态，p=4.3%，ts=0.17s，(2其中Kp是缩放系数，KD是微分时间常数，两者都是可曹征参数。具有比例微分控制规则的控制器称为PD控制器。2)比例微分控制器，(2) PID模型及其控制规则分析，PD控制器的Bode图表，PD在Bode图中显示的特征：具有相位前进作用，可以提高系统质量。PD控制器的Bode图表，控制器的运动方程：格式中：KD=KpTD微分系数；TD微分时间常数。传递函数：2)比例微分控制器，牙齿链接的行为类似于附加环内的零点，这里不再重复，微分调节器作用由TD决定。TD大，微分作用强，TD小，微分作用弱，选择

11、好的TD很重要。PD调节器及其控制规则的时域分析，2)比加上微分控制器，以上分析就可以知道了。微分控制是一种“预测”控制。测量E(t)的瞬时变化率，作为有效的早期修正信号，在超量发生前起到修正作用。如果系统的偏差信号变化缓慢或为常数，那么偏差的度数小于零，那么微分控制也将失去意义。注：模拟PD调节器的差分链路是放大系统噪音、降低抗干扰能力、在实际使用中需要注意的高通滤波器。深入分析PD调节器及其控制规律，2)比例微分控制器，示例7.2，带有PD控制器的控制系统箱图。分析比率的微分控制规律对系统性能的影响。解析，1，没有PD控制器时，系统的闭环传输函数如下：系统的特性表达式如下：衰减比为0，因此

12、输出信号具有相同的振幅。2)比例微分控制器，(2) PID模型及其控制规则分析，添加2，PD控制器时系统的闭环传递函数如下：因此，系统的闭环稳定。阻尼比、系统的特征方程为2)比的微分控制器，(2) PID模型及其控制规则分析，(2) PID模型及其控制规则分析，(3)积分控制器，具有积分控制规则的控制器称为积分控制器。其中KI是可变积分系数。在串行校正时，使用积分控制器可以提高系统的类型(类型系统、类型系统等)，有助于提高系统的正常状态性能，但是通过积分控制添加了原点处的开环极点，使得信号生成90的相位角延迟对系统稳定性不利。因此，在控制系统的校准设计中，通常渡边杏使用单集成控制器。，(2)

13、PID模型及其控制规则分析，示例7.3，图中所示，系统的不可变部分包含串行集成链接。使用积分控制后，尝试判断系统的稳定性。解释，特征方程是应用罗尔斯判定。也就是说，采用积分后，表面上可以将原系统提高到II型。看起来可以达到改善系统稳定性能的目的，但实际上系统不稳定。因此，不单独使用。3)积分控制器，(2) PID模型及其控制规则分析，4)比例积分控制规则，具有比例积分控制规则的控制器称为积分控制器。其中Kp是比例系数，TI是积分时间常数，两者都是可曹征的参数。PI控制器的Bode图表，PI在Bode图中显示的特征：1)引入PI控制器后，系统类型将增加1，有助于提高系统的稳定性特征。2)系统的类

14、型数增加，系统稳定性下降。因此，如果Kp，KI做出不适当的选择，很有可能不稳定。(2)通过分析PID模型及其控制规则，设置单位反馈系统不变部分的传递函数，来分析PI控制器，从而获得在给定系统中具有PI控制器的开环传递函数(例如7.4，解释，图中给定系统中具有PI控制器的开环传递函数)，是将系统从原始I型提高到具有PI控制器的II型。对于控制信号r(t)=R1t，在添加PI控制器之前，系统的错误传递函数为：(2)分析PID模型及其控制规则，在添加PI控制器之后，控制信号r(t)=R1t，在添加PI控制器之前，系统的错误传递函数为：(2)PI控制器提高了给定I型系统的稳定性能。使用比例积分控制规律

15、后，通过方程得到控制系统的稳定性。也就是说，在罗斯判定的(2) PID模型及其控制规则分析、串行校正中，PI控制器等于向系统添加位于原点的开环极点，同时还添加位于S左侧半平面的开环零。增加的极点可以提高系统的类型，消除或减少系统的正常状态错误，提高系统的正常状态性能。增加的负实际零点用于减少系统的阻尼程度，缓解PI控制器极点对系统稳定性和动态过程的不利影响。如果积分时间常数Ti足够大，则可以显着降低PI控制器对系统稳定性的不利影响。在实际控制系统中，PI控制器主要用于提高系统的稳态性能。(2) PID模型及其控制规则分析，5)比例积分微分(PID)控制器，比例积分微分控制规则是由比例、积分和微分基本控制规则组合而成的复合控制规则。PID控制器的运动方程为：(2) PID模型及其控制规则分析，PID控制器的框图如图所示。PID控制器的传递函数可以重写为：在4 TD TI 1中，常识是、PID控制器的Bode图表、两个实际零点情况、PID在Bode图中显示的特性：1)增加系统类型数量的集成链接。2)每个都有相位延迟和前导部分，可以根据需要使用，提高系统质量。两种虚拟零情况，PID控制器的Bode图表，PID在Bode图中显示的特征：1)增加系统类型数的集成链路2)各有相位延迟和前导部分，可以根据需要使用，以提高系统质量。PID控制实例，控制