《ID控制基础》PPT课件.ppt

PID控制基础来自：程振中 时间：2013.3.20 PID控制的来源及优势 PID算法表达式各个环节的作用实例：转速反馈控制直流调速系统的 Simulink仿真主要内容： PID控制的来源及优势我们知道一个控制系统包括控制器传感器、执行机构、输入输出接口 。 控制对象：压力、温度、流量、液位等。 执行机构：如泵、阀、风机等。 控制器：PLC、单片机 不同的控制对象有相应不同的传感器。 PID控制的来源及优势如果控制器是用PID控制算法来实现控制被控对象的系统，则称为PID控制系统。PID控制器执行机构对象变传器 图1 PID控制系统模型 PID控制的来源及优势n上世纪20年代，Minorsky在对船舶自动导航的研究中，提出了基于输出反馈的设计方法，到了上世纪40年代PID控制器已在过程控制中得到了广泛的应用，据不完全统计，在工业过程控制，航空航天控制领域中，PID控制的应用占80%以上。图2 近30年PID文章发表统计 PID控制的来源及优势nPID控制器问世至今已经研究的很成熟了，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。 PID控制原理 -PID控制器 0( ) ( ) ( )tp i d deu t K e t K e t dt K dt + r uey iK edti deK dt + +e(t)=r(t)-y(t)- Kped 各个环节的作用 PID控制包括三个环节：比例、积分、微分环节，对应的参数分别为P、Ti 、Td，这三个环节在控制系统中起到不同的作用。 比例控制的作用0( ) ( ) ( )tp i d deu t K e t K e t dt K dt 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。比例控制作用能及时成比例的反应控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用以减少偏差。 l作用：对当前时刻的偏差信号e(t)进行放大或衰减，控 制作用的强弱取决于比例系数；l特点：Kp增加能使控制精度提高，但Kp过大y(t)可能会 引起系统振荡使稳定性变差。l缺点：不能消除静态误差。 积分控制的作用 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。0( ) ( ) ( )tp i d deu t K e t K e t dt K dt l作用：通过对误差累积的作用影响控制量，并通过系 统的负反馈作用减小偏差；l特点：与e(t)存在全部时段有关，只要有足够的时间, 积分控制将能够消除稳态误差。l缺点：不能及时地克服扰动的影响。（慢慢的调） 微分控制的作用 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系，而与偏差的大小无关。微分控制作用能反应偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。0( ) ( ) ( )tp i d deu t K e t K e t dt K dt l特点：反应e(t) 变化的速度，在偏差刚刚出现时产生 很大的控制作用，具有超前控制作用；l作用：有助于减小 超调和调整时间，改善系统的动态 品质;l缺点：不能消除系统的稳态误差；对高频噪声比较敏感。 转速反馈控制直流调速系统的 Simulink仿真比例控制的直流调速系统的仿真模型 Gain=0.56 Gain=2 min/1000rnN 要求 比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型Gain=0.5643.111 谢谢大家