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1、PID控制器习题控制器习题Process Control System&Instrumentation nPID调节器的参数调节器的参数Kp、TI、TD对控制性能各有什对控制性能各有什么影响？么影响？n(1)比例增益比例增益Kp反映比例作用的强弱，反映比例作用的强弱，Kp越大，越大，比例作用越强，反之亦然。比例控制克服干扰能比例作用越强，反之亦然。比例控制克服干扰能力较强、控制及时、过渡时间短，但在过渡过程力较强、控制及时、过渡时间短，但在过渡过程终了时存在余差；终了时存在余差；n(2)积分时间积分时间TI反映积分作用的强弱，反映积分作用的强弱，TI越小，越小，积分作用越强，反之亦然。积分作用
2、会使系统稳积分作用越强，反之亦然。积分作用会使系统稳定性降低，但在过渡过程结束时无余差；定性降低，但在过渡过程结束时无余差；n(3)微分时间微分时间TD反映微分作用的强弱，反映微分作用的强弱，TD越大，越大，微分作用越强，反之亦然。微分作用能产生超前微分作用越强，反之亦然。微分作用能产生超前的控制作用，可以减少超调，减少调节时间；但的控制作用，可以减少超调，减少调节时间；但对噪声干扰有放大作用。对噪声干扰有放大作用。Process Control System&Instrumentation n什么是调节器的控制规律？调节器有哪几种基什么是调节器的控制规律？调节器有哪几种基本控制规律？本控制规
3、律？n答：调节器的控制规律是指调节器的输出信号答：调节器的控制规律是指调节器的输出信号随输入信号变化的规律或是指控制器的输出信随输入信号变化的规律或是指控制器的输出信号号P与输入偏差信号与输入偏差信号e之间的关系。之间的关系。n常用的基本调节规律有：位式，比例，积分，常用的基本调节规律有：位式，比例，积分，微分等，以及它们的组合控制规律如微分等，以及它们的组合控制规律如PI，PD 及及PID。Process Control System&Instrumentation n什么是双位控制，比例控制，积分控制，微分控制，什么是双位控制，比例控制，积分控制，微分控制，它们各有什么特点？它们各有什么特
4、点？n双位控制是指调节器的输出仅有最大和最小两个极双位控制是指调节器的输出仅有最大和最小两个极限位置，双位控制结构简单成本较低使用方便对配限位置，双位控制结构简单成本较低使用方便对配用的调节阀没有任何要求，缺点是被控对象总是在用的调节阀没有任何要求，缺点是被控对象总是在波动，控制质量不高，且当被控对象纯滞后较大时，波动，控制质量不高，且当被控对象纯滞后较大时，被控变量波动幅度较大，不适合控制要求较高场合。被控变量波动幅度较大，不适合控制要求较高场合。n比例控制是指调节器输出变化量与输入变化量成比比例控制是指调节器输出变化量与输入变化量成比例，比例控制系统能迅速的克服干扰影响，使系统例，比例控制
5、系统能迅速的克服干扰影响，使系统稳定下来。优点是反应快控制及时，缺点是被控对稳定下来。优点是反应快控制及时，缺点是被控对象负荷发生改变时，系统输出存在余差。象负荷发生改变时，系统输出存在余差。Process Control System&Instrumentation n积分控制是指调节器输出变化量与输入余差积分控制是指调节器输出变化量与输入余差积分成正比，积分控制可以消除余差，但输积分成正比，积分控制可以消除余差，但输出变化总是滞后于余差变化，不能及时克服出变化总是滞后于余差变化，不能及时克服扰动影响，使被控变量的波动加剧，使系统扰动影响，使被控变量的波动加剧，使系统难以稳定。难以稳定。n微
6、分控制是指调节器输出变化量与输入偏差微分控制是指调节器输出变化量与输入偏差变化速度成正比，且具有一定的超前控制作变化速度成正比，且具有一定的超前控制作用，抑制振动，增强系统稳定（但微分作用用，抑制振动，增强系统稳定（但微分作用不宜过强）不宜过强）Process Control System&Instrumentation n比例、积分、微分、控制分别用什么量表示其控制比例、积分、微分、控制分别用什么量表示其控制作用的强弱？并分别说明它们对控制质量的影响。作用的强弱？并分别说明它们对控制质量的影响。n比例比例比例度是反映比例控制器的比例控制作比例度是反映比例控制器的比例控制作用强弱的参数。比例度
7、越大，表示比例控制作用越用强弱的参数。比例度越大，表示比例控制作用越弱。减少比例度，系统的余差越小，最大偏差也越弱。减少比例度，系统的余差越小，最大偏差也越短，系统的稳定程度降低；其过渡过程逐渐以衰减短，系统的稳定程度降低；其过渡过程逐渐以衰减振荡走向临界振荡直至发散振荡。振荡走向临界振荡直至发散振荡。n积分控制积分控制积分时间积分时间TI表示积分控制作用强弱表示积分控制作用强弱的参数，积分时间越小，表示积分控制作用越强。的参数，积分时间越小，表示积分控制作用越强。积分时间积分时间TI的减少，会使系统的稳定性下降，动态的减少，会使系统的稳定性下降，动态性能变差，但能加快消除余差的速度，提高系统
8、的性能变差，但能加快消除余差的速度，提高系统的静态准确度，最大偏差减小。静态准确度，最大偏差减小。Process Control System&Instrumentation n微分控制微分控制微分时间微分时间TD是表示微分控制是表示微分控制作用强弱的一个参数。如微分时间作用强弱的一个参数。如微分时间TD越大，越大，表示微分控制作用越强。增加微分时间表示微分控制作用越强。增加微分时间TD，克服对象的滞后，改善系统的控制质量，提克服对象的滞后，改善系统的控制质量，提高系统的稳定性，但微分作用不能太大，否高系统的稳定性，但微分作用不能太大，否则有可能引起系统的高频振荡。则有可能引起系统的高频振荡。
9、Process Control System&Instrumentation n通常在什么场合下选用比例（通常在什么场合下选用比例（P），比），比例积分（例积分（PI），比例积分微分（），比例积分微分（PID）调节规律？调节规律？n答案：比例调节规律适用于负载变化较小，纯答案：比例调节规律适用于负载变化较小，纯滞后不太大而工艺要求不高又允许有余差的调滞后不太大而工艺要求不高又允许有余差的调节系统。节系统。n比例积分调节规律适用于对象调节通道时间常比例积分调节规律适用于对象调节通道时间常数较小，系统负载变化不大（需要消除干扰引数较小，系统负载变化不大（需要消除干扰引起的余差），纯滞后不大（时间常
10、数不是太大）起的余差），纯滞后不大（时间常数不是太大）而被调参数不允许与给定值有偏差的调节系统。而被调参数不允许与给定值有偏差的调节系统。n比例积分微分调节规律适用于容量滞后较大，比例积分微分调节规律适用于容量滞后较大，纯滞后不太大，不允许有余差的对象。纯滞后不太大，不允许有余差的对象。Process Control System&Instrumentation n有一流量调节系统，信号传输管线很长，有一流量调节系统，信号传输管线很长，因此，系统产生较大的传送滞后。有人因此，系统产生较大的传送滞后。有人设想给调节器后加微分器来改善系统特设想给调节器后加微分器来改善系统特性，试问这种设想合理否？
11、为什么？若性，试问这种设想合理否？为什么？若不合理，应采取什么措施合理？不合理，应采取什么措施合理？n答案：这种设想不合理，因为信号传送滞后答案：这种设想不合理，因为信号传送滞后是纯滞后，而微分作用不能克服纯滞后。是纯滞后，而微分作用不能克服纯滞后。n解决这一问题合理的措施是采用继动器加在解决这一问题合理的措施是采用继动器加在信号传输线之间，以增大信号流速，从而减信号传输线之间，以增大信号流速，从而减小传输滞后，改善系统特性。小传输滞后，改善系统特性。Process Control System&Instrumentation n利用微分作用来克服控制系统的信号传利用微分作用来克服控制系统的信
12、号传递滞后的设想是否合理与正确？递滞后的设想是否合理与正确？n答案：这种设想不合理，因为信号传送滞后答案：这种设想不合理，因为信号传送滞后是纯滞后，而微分作用不能克服纯滞后。合是纯滞后，而微分作用不能克服纯滞后。合理的措施是采用继动器加在信号传输线之间，理的措施是采用继动器加在信号传输线之间，以增大信号流速，从而减小传输滞后，改善以增大信号流速，从而减小传输滞后，改善系统特性。系统特性。Process Control System&Instrumentation n对对PID调节器而言，当积分时间调节器而言，当积分时间 ，微，微分时间分时间 时，调节器呈时，调节器呈 调节特性。调节特性。n积分
13、作用的优点是可消除积分作用的优点是可消除 ，但引入积，但引入积分作用会使系统分作用会使系统 下降。下降。n在在PID调节器中，调节器的调节器中，调节器的Kc越大，表示越大，表示 比例作用（比例作用（），），Ti值越大，表示积分作用值越大，表示积分作用（），），Td值越大表示微分作用（值越大表示微分作用（）。）。比例比例（P）稳态误差稳态误差(余差余差)稳定性稳定性越强越强减弱减弱增强增强Process Control System&Instrumentation n由于微分调节规律有超前作用，因此调由于微分调节规律有超前作用，因此调节器加入微分作用主要是用来（）节器加入微分作用主要是用来（）:
14、A.克服调节对象的惯性滞后（时间常数克服调节对象的惯性滞后（时间常数T），容量滞），容量滞后后c和纯滞后和纯滞后0.B.克服调节对象的纯滞后克服调节对象的纯滞后0.C.克服调节对象的惯性滞后（时间常数克服调节对象的惯性滞后（时间常数T），容量滞），容量滞后后c.n定值调节是一种能对（定值调节是一种能对（）进行补偿的）进行补偿的调节系统调节系统。A 测量与给定之间的偏差测量与给定之间的偏差 B 被调量的变化被调量的变化C 干扰量的变化干扰量的变化 D.设定值的变化设定值的变化CAProcess Control System&Instrumentation n调节系统在纯比作用下已整定好，加入积分
15、调节系统在纯比作用下已整定好，加入积分作用后，为保证原稳定度，此时应将比例度作用后，为保证原稳定度，此时应将比例度n（A）。）。A.增大增大 B.减小减小 C.不变不变 D.先增大后减小先增大后减小n成分、温度调节系统的调节规律，通常选用成分、温度调节系统的调节规律，通常选用n（C）。）。A.PI B.PD C.PIDn流量、压力调节系统的调节规律，通常选用流量、压力调节系统的调节规律，通常选用n（A）。）。A.PI B.PD C.PIDProcess Control System&Instrumentation n液位调节系统的调节规律，通常选用液位调节系统的调节规律，通常选用n（D）。）。
16、A.PI B.PD C.PID D.Pn调节系统中调节器正、反作用的确定是根据调节系统中调节器正、反作用的确定是根据n(B)：A实现闭环回路的正反馈。实现闭环回路的正反馈。B 实现闭环回路的负反馈。实现闭环回路的负反馈。C系统放大倍数恰到好处系统放大倍数恰到好处 D生产的安全性。生产的安全性。Process Control System&Instrumentation n计算题计算题:某电动比例调节器的测量范围某电动比例调节器的测量范围 100 200，其输出为，其输出为010mA。当温度从。当温度从140变化到变化到160时，测得调节器的输出从时，测得调节器的输出从3 mA变变化到化到7mA
17、。试求该调节器比例带。试求该调节器比例带。式中式中：y-被控参数被控参数测测量量值值的的变变化量；化量；X-控制器控制器输输出的出的变变化量；化量；ymax-ymin-测测量量仪仪表的刻度范表的刻度范围围；Xmax-Xmin-控制器控制器输输出出变变化范化范围围。Process Control System&Instrumentation 设计一个比例、积分设计一个比例、积分(PI)调节器，控制一调节器，控制一个温度调节系统。控制器的调节范围为：个温度调节系统。控制器的调节范围为：0-3000，控制器的输出为，控制器的输出为4-20mA。当给定被控对象一个如图当给定被控对象一个如图(a)所示的
18、阶跃输所示的阶跃输入时，测定的被控对象响应曲线如图入时，测定的被控对象响应曲线如图(b)所所示（响应曲线法控制器参数整定经验公式示（响应曲线法控制器参数整定经验公式见下表）。见下表）。Process Control System&Instrumentation 响响应应曲曲线线法控制器参数整定法控制器参数整定经验经验公式表公式表调节规调节规律律调节调节参数参数比例度比例度%积积分分时间时间TI微分微分时间时间TDP(K00/T0)100%PI1.1(K00/T0)100%3.30PID0.85(K00/T0)100%200.50Process Control System&Instrument
19、ation Process Control System&Instrumentation n答答：由已知条件得：控制器的调节范围上下限为：ymax=3000和ymin=0，控制器的输入上下限为Pmax=18mA和Pmin=4mA，n由测试数据得，当输入信号从4mA变化到18mA时，被控对象输出信号从0变化到2500。n由此得广义被控对象的放大系数K0，Process Control System&Instrumentation 在测得的曲线上找拐在测得的曲线上找拐点点A，作切线交于，作切线交于B、C点，如下图。图中的点，如下图。图中的读数约为：读数约为：由表中查得由表中查得PI控制器的比例控制
20、器的比例度计算公式为度计算公式为Process Control System&Instrumentation 积分常数为：积分常数为：控制系统方框图见下图控制系统方框图见下图Process Control System&Instrumentation n3)选择调节阀的气开、气关特性，说明理由；选择调节阀的气开、气关特性，说明理由；n4)选择主副控制器的正反作用，说明理由。选择主副控制器的正反作用，说明理由。冷却水冷却水进料进料出料出料Process Control System&Instrumentation 1)串级控制系统主要应用于：对象的滞后和串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常
21、数很大、干扰作用强而频繁、负荷变时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。化大、对控制质量要求较高的场合。2)温度压力串级控制系统温度压力串级控制系统 Process Control System&Instrumentation 方块图：方块图：3)调节阀选气关式；理由：当气源中断时，阀调节阀选气关式；理由：当气源中断时，阀打开，釜内温度不会因过高而发生事故。打开，釜内温度不会因过高而发生事故。Process Control System&Instrumentation n4)副控制器为正作用；理由：阀是反作用，副控制器为正作用；理由：阀是反作用，副对象正作用，副检
22、测变送正作用，为构副对象正作用，副检测变送正作用，为构成内环为负反馈，所以控制器为正作用。成内环为负反馈，所以控制器为正作用。n主控制器为正作用；理由：内环为正作用，主控制器为正作用；理由：内环为正作用，主对象为反作用，主检测变送为正作用，主对象为反作用，主检测变送为正作用，为构成负反馈，所以主控制器为正作用。为构成负反馈，所以主控制器为正作用。Process Control System&Instrumentation n试判断图示两系统各属于何种控制系统？试判断图示两系统各属于何种控制系统？说明其理由并画出相应的系统方框图。说明其理由并画出相应的系统方框图。Process Control
23、System&Instrumentation n右图是以加热器出口温度为主被控变量，以燃右图是以加热器出口温度为主被控变量，以燃料油流量为副被控变量和操纵变量构成的典型料油流量为副被控变量和操纵变量构成的典型串级控制系统。串级控制系统。n左图是一种形似串级控制系统但实际是一种前左图是一种形似串级控制系统但实际是一种前馈馈-反馈控制系统。两个控制器反馈控制系统。两个控制器TC和和FC串级工串级工作，作，TC的输出作为的输出作为FC的给定，形似串级控制的给定，形似串级控制但并没有回路，只有一个反馈回路，执行器的但并没有回路，只有一个反馈回路，执行器的输出并不能改变原料的流量，所以不能认为是输出并不能改变原料的流量，所以不能认为是一个串级控制系统，为静态前馈一个串级控制系统，为静态前馈-反馈控制系反馈控制系统的非标准形式。统的非标准形式。Process Control System&Instrumentation Process Control System&Instrumentation Process Control System&Instrumentation