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1、计算机控制技术-杨鹏-数字PID控制器-张萍D(z)Ho(s)Gc(s)e*(t)u*(t)E(z)U(z)r(t)+_R(z)G(z)c(t)C(z)给定值给定值计算机计算机输出通道输出通道D/A输入通道输入通道A/D广义对象广义对象被控变量被控变量y输入通道输入通道A/D数字控制器的模拟化设计数字控制器的模拟化设计利用经典控制理论设计模拟调节器，用数字利用经典控制理论设计模拟调节器，用数字方法对方法对PID进行模拟进行模拟数字控制器的直接设计数字控制器的直接设计把计算机控制系统中的连续部分数字化，把整把计算机控制系统中的连续部分数字化，把整个系统看作离散系统，用离散化的方法设计控制器个系统
2、看作离散系统，用离散化的方法设计控制器2表表41控制系统的研究方法控制系统的研究方法分分类类方方法法系系数数输入量与输出量之关系输入量与输出量之关系数数学学工工具具使使用用函函数数现现代代控控制制理理论论连连续续系系统统离离散散系系统统微微分分方方程程拉拉氏氏变变换换传传递递函函数数状状态态方方程程差差分分方方程程Z变变换换脉冲传递函数脉冲传递函数离散时间状态方程离散时间状态方程344.1PID调节的作用调节的作用Sec4.1TheFunctionofPIDRegulation4.1.1为什么要用数字为什么要用数字PID调节器调节器 1.技术成熟、结构灵活：常规的技术成熟、结构灵活：常规的PI
3、D、各种、各种PID的变种。的变种。2.人们熟悉：实践中积累了的经验丰富。人们熟悉：实践中积累了的经验丰富。3.不需要求出数字模型不需要求出数字模型4.控制效果好控制效果好54.1.2 PID调节的作用调节的作用 一、比例调节器（一、比例调节器（P）只要偏差只要偏差e(t)一出现，就能及时的产一出现，就能及时的产生与之成比例的调节作用，具有生与之成比例的调节作用，具有调节及调节及时，改善动态特性时，改善动态特性的特点，它是一种最基的特点，它是一种最基本的调节规律本的调节规律。对于大多数惯性环节，对于大多数惯性环节，KP太大时会太大时会引起自激震荡。引起自激震荡。主要主要缺点缺点是存在静差。对于
4、扰动较是存在静差。对于扰动较大、惯性也较大的系统，若采用单纯的比大、惯性也较大的系统，若采用单纯的比例调节器，就难于兼顾动态和静态特性例调节器，就难于兼顾动态和静态特性。6主要缺点是主要缺点是存在静差。存在静差。对于扰动较大、惯性也较大的系统，若采用单对于扰动较大、惯性也较大的系统，若采用单纯的比例调节器，就难于兼顾动态和静态特性纯的比例调节器，就难于兼顾动态和静态特性。7对于大多数惯性环节，对于大多数惯性环节，Kp太大太大时会引起自激震荡。时会引起自激震荡。8二、比例积分调节器（二、比例积分调节器（PI）所谓所谓积分作用积分作用，是指调节器的输出，是指调节器的输出与输入偏差的积分成比例的作用
5、。与输入偏差的积分成比例的作用。优点优点：消除静差。只要有偏差存：消除静差。只要有偏差存在，输出就会随时间不断增长，直到偏差在，输出就会随时间不断增长，直到偏差消除，调节器的输出才不会变化。消除，调节器的输出才不会变化。缺点：缺点：作用动作缓慢，且在偏差刚一作用动作缓慢，且在偏差刚一出现时，调节器作用很弱，不能及时克服出现时，调节器作用很弱，不能及时克服扰动的影响，致使被调参数的动态偏差增扰动的影响，致使被调参数的动态偏差增大，调节过程增长，因此很少单独使用。大，调节过程增长，因此很少单独使用。910如果把比例和积分两种作用合起来，就构成如果把比例和积分两种作用合起来，就构成PI调节器：调节器
6、：既克服了单纯比例调节既克服了单纯比例调节器有静差存在的缺点，又避器有静差存在的缺点，又避免了积分调节器响应慢的缺免了积分调节器响应慢的缺点，即静态和动态特性均得点，即静态和动态特性均得到了改善，所以应用比较广到了改善，所以应用比较广泛。泛。1112三、比例微分调节器（三、比例微分调节器（PD）微分作用微分作用，在偏差刚刚出现偏差值尚不，在偏差刚刚出现偏差值尚不大时，根据偏差变化的趋势，提前给出较大大时，根据偏差变化的趋势，提前给出较大的调节作用，使偏差尽快消除。由于调节及的调节作用，使偏差尽快消除。由于调节及时，可以大大减小系统的动态误差及调节时时，可以大大减小系统的动态误差及调节时间，使过
7、程的动态品质得到改善。间，使过程的动态品质得到改善。特点特点：输出只能反应偏差输入变化的速：输出只能反应偏差输入变化的速度，而对于一个固定不变的偏差则不会有微度，而对于一个固定不变的偏差则不会有微分作用输出。因此，微分作用不能消除静分作用输出。因此，微分作用不能消除静差，而只能在偏差刚刚出现的时刻产生一个差，而只能在偏差刚刚出现的时刻产生一个很大的调节作用。很大的调节作用。13PD调节器调节器 PID调节器调节器 说明：并非所有工业控制系统都需要使用说明：并非所有工业控制系统都需要使用PID调节器，调节器，PI、PD调节器也常常被人们所采用，因为它们比较简单。究调节器也常常被人们所采用，因为它
8、们比较简单。究竟使用哪种调节器，应根据具体情况和现场实验进行选定。竟使用哪种调节器，应根据具体情况和现场实验进行选定。14154.2PID算法的数字实现算法的数字实现将其离散化将其离散化,用数字形式的差分方程来代替连续系统的微分方程用数字形式的差分方程来代替连续系统的微分方程 4.2.1 PID算法的数字化算法的数字化1、差分离散化、差分离散化16 由于式（由于式（4-9）的输出值与阀门开度的位置一一对应，因此通常把）的输出值与阀门开度的位置一一对应，因此通常把式（式（4-9）称为）称为PID的位置控制算式。的位置控制算式。方便起见，可写作方便起见，可写作:2、位置控制算式、位置控制算式173
9、、增量控制、增量控制算式算式 在很多控制系统中，由于执行机构是采用步进电机或多圈电位器进在很多控制系统中，由于执行机构是采用步进电机或多圈电位器进行控制的，所以此时只要给一个增量信号行控制的，所以此时只要给一个增量信号U(n)即可，即在第（即可，即在第（n-1）次的）次的基础上增加（或减少）的量，所以叫做基础上增加（或减少）的量，所以叫做PID的增量控制式。的增量控制式。184、增量型与位置型控制算式的比较、增量型与位置型控制算式的比较优点：优点：位置控制算式：全量输出，每次输出均与原来位置量有关，需要对位置控制算式：全量输出，每次输出均与原来位置量有关，需要对e(j)进行进行累加，而且计算机
10、的任何故障都会引起累加，而且计算机的任何故障都会引起U(n)大幅度变化，对生产不利。大幅度变化，对生产不利。增量控制误动作时影响小，必要时可用逻辑判断的方法去掉；手动增量控制误动作时影响小，必要时可用逻辑判断的方法去掉；手动/自动切自动切换时冲击比较小；不产生积分失控，所以容易获得较好的调节效果。因此，换时冲击比较小；不产生积分失控，所以容易获得较好的调节效果。因此，增量控制得到了广泛的应用。增量控制得到了广泛的应用。不足之处：不足之处：积分截断效应大，有静态误差；积分截断效应大，有静态误差；溢出的影响大。溢出的影响大。一般认为，在以可控硅作为执行器或对控制精度要求高的系统中，应当采一般认为，
11、在以可控硅作为执行器或对控制精度要求高的系统中，应当采用位置型算法，而在以步进电机或电动阀门作执行器的系统中，则应用增量用位置型算法，而在以步进电机或电动阀门作执行器的系统中，则应用增量式算法。式算法。194.2.2PID算法程序设计算法程序设计一、位置型一、位置型PID算法的程序设计算法的程序设计根据式（根据式（4-14）编写的位置型）编写的位置型PID程序程序积分系数积分系数 微分系数微分系数 201）将小数或混合小数化为整数）将小数或混合小数化为整数由于用汇编语言进行浮点运算非常麻烦，运算前通过由于用汇编语言进行浮点运算非常麻烦，运算前通过乘以乘以2N2N将将其化为整数，然后其化为整数，
12、然后把运算结果再乘以把运算结果再乘以2-N2-N，即可恢复到原来的数，即可恢复到原来的数值。在微型机中，乘以值。在微型机中，乘以2N2N或或2-N2-N都是很容易实现的，只要将数左都是很容易实现的，只要将数左移或右移移或右移N N次就可以了。例如，设次就可以了。例如，设KP=3.5KP=3.5，将其扩大，将其扩大256256取整数取整数则则KP=896=380HKP=896=380H，编程时可将其定义为符号变量，即，编程时可将其定义为符号变量，即 KP EQU KP EQU380H380H。为计算简便，。为计算简便，KPKP，KIKI，KDKD可采用同一比例因子折算可采用同一比例因子折算212
13、 2）采用）采用1616位有符号指令运算位有符号指令运算负数以补码形式存放，如负数以补码形式存放，如KP=-3.5KP=-3.5，将其扩大，将其扩大256256取整数，则取整数，则KP=-896=FC80HKP=-896=FC80H，定义为符号变量为，定义为符号变量为 KP EQU 0FC80H KP EQU 0FC80H 或或 KPEQU-896KPEQU-896即可。此外乘法运算结果为即可。此外乘法运算结果为3232位，位，在计算在计算U U（k k）时）时，采用，采用3232位加法，位加法，这样可以提高计算精度，只要这样可以提高计算精度，只要U U（k k）输出时）输出时，取，取高三个字
14、节高三个字节就可以了。对于就可以了。对于8 8位、位、1010位、位、1212位甚至位甚至1616位位A/DA/D转换器，定义转换器，定义A/DA/D采样值单元为采样值单元为1616位，不会造成计算溢出。位，不会造成计算溢出。22根据式（根据式（4-14）编写的位置型）编写的位置型PID程序如下：程序如下：DATA SEGMENT UR EQU0050H；设定值；设定值=80 KP EQU 0380H；KP=3.5 KI EQU 0040H；KI=0.25 KD EQU 0000H；KD=0 SAMP DW?；定义；定义A/D采样值采样值E0 DW 0；定义；定义E（K）E1 DW 0；定义；
15、定义E（K-1）UPK DW 2 DUP(0)；定义；定义UP（K）UIK1 DW 2 DUP(0)；定义；定义UI（K-1）UK DW 2 DUP(0)；定义；定义U（K）DATA ENDS23CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATASTART PROCMOV AX,DATAMOV DS,AXPID：MOV AX,UR；取设定值；取设定值MOV BX,SAMP；取采样值；取采样值SUB AX,BX；计算；计算E（K）MOV E0,AXMOV BX,KP；计算；计算UP（K）=KP*E（K）IMUL BXMOV UPK,AX；存；存UP（K）MOV DS:UPK+
16、2,DXMOV AX,E0；计算；计算KI*E（K）MOV BX,KIIMUL BXADD UIK1,AX；计算；计算UI(K)=UI(K-1)+KI*E(K)ADC DS:UIK1+2,DX24MOV AX,E0；计计算算UD（K）=KD（E（K）-E（K-1）MOV BX,E1SUB AX,BXMOV BX,KDIMUL BXADD AX,UIK1；计计算算UD（K）+UI（K）ADC DX,DS:UIK1+2ADD AX,UPK；计计算算UD（K）+UI（K）+UP（K）ADC DX,DS:UPK+2MOV UK,AX；存；存U（K）MOV DS:UK+2,DXMOV AX,E0；E（K
17、-1）=E（K）MOV E1,AXRETCODEENDSEND START25MUL r8/m8MUL r8/m8；无符号字节乘法；无符号字节乘法；AXALr8/m8AXALr8/m8MUL r16/m16MUL r16/m16；无符号字乘法；无符号字乘法；DXDX：AXAXr16/m16AXAXr16/m16IMUL r8/m8IMUL r8/m8；有符号字节乘法；有符号字节乘法；AXALr8/m8AXALr8/m8IMUL r16/m16IMUL r16/m16；有符号字乘法；有符号字乘法；DXDX：AXAXr16/m16AXAXr16/m1626DIV r8/m8DIV r8/m8；无符
18、号字节除法：；无符号字节除法：ALAXr8/m8ALAXr8/m8的商，的商，AhAXr8/m8AhAXr8/m8的余数的余数DIV r16/m16DIV r16/m16；无符号字除法：；无符号字除法：；AXDXAXDX：AXr16/m16AXr16/m16的商，的商，DXDXDXDX：AXr16/m16AXr16/m16的余数的余数IDIV r8/m8IDIV r8/m8；有符号字节除法：；有符号字节除法：ALAXr8/m8ALAXr8/m8的商，的商，AhAXr8/m8AhAXr8/m8的余数的余数IDIV r16/m16IDIV r16/m16；有符号字除法：；有符号字除法：；AXDXA
19、XDX：AXr16/m16AXr16/m16的商，的商，DXDXDXDX：AXr16/m16AXr16/m16的余数的余数304.3PID数字控制器算法的改进数字控制器算法的改进TheImprovementofPIDDigitalController原因之一：原因之一：PID算法本身的不足算法本身的不足原因之二：数字原因之二：数字PID算法相对与模拟算法相对与模拟PID控制器的不足控制器的不足1、模拟调节器进行的控制是连续的，控制作用每时每刻都在进行；、模拟调节器进行的控制是连续的，控制作用每时每刻都在进行；而数字控制器在保持器作用下，控制量在一个采样周期内是不变化的。而数字控制器在保持器作用
20、下，控制量在一个采样周期内是不变化的。2、由于计算机的数值运算和输入、由于计算机的数值运算和输入/输出需要一定的时间，控制作用在输出需要一定的时间，控制作用在时间上有延滞。时间上有延滞。3、计算机的运算字长有限和、计算机的运算字长有限和A/D、D/A转换器的分辨率及精度而使控转换器的分辨率及精度而使控制有误差。制有误差。344.3.1积分饱和及其防止方法积分饱和及其防止方法一、积分饱和的原因及影响一、积分饱和的原因及影响 现象一现象一：控制系统在刚启动或突然改变给定值时，反馈系统出现的较：控制系统在刚启动或突然改变给定值时，反馈系统出现的较大偏差不可能在短时间内消除，经过积分项的累加后，可能使
21、控制量大偏差不可能在短时间内消除，经过积分项的累加后，可能使控制量u(k)很很大，甚至超过执行机构由机械或物理性能所决定的极限。大，甚至超过执行机构由机械或物理性能所决定的极限。现象二现象二：而在输出达到设定值后，虽然：而在输出达到设定值后，虽然e小于等于小于等于0，但由于积分项的，但由于积分项的积累太大，使控制量积累太大，使控制量u仍保持较大的数值，从而使仍保持较大的数值，从而使y将大大超过设定值。只将大大超过设定值。只有有e变负，并且持续较长时间后，才能抵消以前累积的正的积分值，退出饱变负，并且持续较长时间后，才能抵消以前累积的正的积分值，退出饱和区，回到正常的控制状态。和区，回到正常的控
22、制状态。总结：由于执行机构的限制和积分项的存在，引起了总结：由于执行机构的限制和积分项的存在，引起了PID运算的饱运算的饱和，这种饱和称为和，这种饱和称为积分饱和积分饱和。影响：积分饱和增加了超调量和系统的调整时间。影响：积分饱和增加了超调量和系统的调整时间。35二、积分饱和的抑制二、积分饱和的抑制 1.积分分离法积分分离法 e使用使用PD数字控制器数字控制器,取消积分作用，克服积分饱和取消积分作用，克服积分饱和eB时时采用采用PID算法决定控制量的输出算法决定控制量的输出eB时时设置一个固定的控制量（可以为设置一个固定的控制量（可以为0）41二、砰砰二、砰砰PID复合控制复合控制1、砰砰（、
23、砰砰（Bang-Bang）控制）控制其输出只有开和关两种状态。其输出只有开和关两种状态。输出低于设定值时，控制为开状态。输出低于设定值时，控制为开状态。输出达到或将达到设定值时，关闭控制输出输出达到或将达到设定值时，关闭控制输出。eQ时时采用砰砰控制采用砰砰控制,加快响应速度加快响应速度.2、砰砰、砰砰PID复合控制复合控制424.4PID参数的整定参数的整定采样周期采样周期T比例系数比例系数KP积分时间积分时间TI微分时间微分时间TD434.4.1采样周期采样周期T的确定的确定一、香农（一、香农（shannon）采样定理）采样定理二、影响采样周期二、影响采样周期T的主要因素的主要因素1、加到
24、被控对象的、加到被控对象的扰动频率扰动频率：扰动频率越高，则采样频率也越高，采：扰动频率越高，则采样频率也越高，采样周期越短。样周期越短。2、对象的动态特性：采样周期、对象的动态特性：采样周期T与对象与对象纯滞后时间纯滞后时间基本相等或选为基本相等或选为整数倍。整数倍。3、数字控制器所使用的、数字控制器所使用的算法算法及及执行机构执行机构的类型的类型:若控制算法较复杂，若控制算法较复杂，则应选择较长的采样周期以保证计算时间。快速执行机构应选择较短的采样则应选择较长的采样周期以保证计算时间。快速执行机构应选择较短的采样周期；慢速执行机构则反之。周期；慢速执行机构则反之。444、控制回路数控制回路
25、数：回路数越多，则采样周期越长，否则越短：回路数越多，则采样周期越长，否则越短5、对象所要求的、对象所要求的控制质量控制质量：通常，控制精度要求越高，采样周期越：通常，控制精度要求越高，采样周期越短，以及时跟踪并减小系统的纯滞后和误差。短，以及时跟踪并减小系统的纯滞后和误差。三、采样周期三、采样周期T的确定方法的确定方法1、计算法，比较复杂，工程上用的比较少。、计算法，比较复杂，工程上用的比较少。2、经验法，工程上应用最多。参考表、经验法，工程上应用最多。参考表4-2 被控量被控量采样周期（采样周期（s）备备注注流量流量15优选优选12s压力压力310优选优选35s液位液位68优选优选7s温度
26、温度1520取纯滞后时间常数取纯滞后时间常数成分成分1520优选优选18s454.4.2扩充临界比例度法扩充临界比例度法1选择一个足够短的采样周期选择一个足够短的采样周期Tmin2求出临界比例度求出临界比例度u和临界振荡周期和临界振荡周期Tu3选择控制度选择控制度4.根据控制度，查表根据控制度，查表4-3即可求出即可求出T、KP、TI和和TD的值。的值。46控制度控制度控制规律控制规律TKpTiTd1.05PIPID0.03Tu0.014Tu0.53u0.63u0.88Tu0.49Tu0.14Tu1.2PIPID0.05Tu0.043Tu0.49u0.47u0.91Tu0.47Tu0.16Tu
27、1.5PIPID0.14Tu0.09Tu0.42u0.34u0.99Tu0.43Tu0.20Tu2.0PIPID0.22Tu0.16Tu0.36u0.27u1.05Tu0.40Tu0.22Tu模拟调节模拟调节器器PIPID0.57u0.70u0.83Tu0.50Tu0.13Tu临界比例临界比例度度PIPID0.45u0.60u0.83Tu0.50Tu0.125Tu表表4.3 4.3 扩充临界比例度整定扩充临界比例度整定T,Kc,Ti,TdT,Kc,Ti,Td474.4.3扩充响应曲线法扩充响应曲线法1断开数字调节器，使系统在手动状态断开数字调节器，使系统在手动状态下工作。当系统在给定值处平衡后
28、，给一下工作。当系统在给定值处平衡后，给一阶跃输入，图阶跃输入，图4-14（a）。）。2用仪表记录下被调参数在阶跃作用下用仪表记录下被调参数在阶跃作用下的变化过程曲线（即广义对象的飞升特性的变化过程曲线（即广义对象的飞升特性曲线）曲线）,图图4-14（b）。）。3在曲线最大斜率处做切线，求得被控在曲线最大斜率处做切线，求得被控对象滞后时间对象滞后时间，惯性时间常数，惯性时间常数以及它们以及它们的比值的比值/。4根据所求得的根据所求得的，和和/的值，查的值，查表表4-4即可求得控制器的各参数。即可求得控制器的各参数。48控制度控制度控制规律控制规律TKpTiTd1.05PIPID0.10.050
29、.84/1.15/3.42.00.451.2PIPID0.20.160.78/1.0/3.61.90.551.5PIPID0.50.340.68/0.85/3.91.620.652.0PIPID0.80.60.57/0.6/4.21.50.82模拟调节模拟调节器器PIPID0.9/1.2/3.32.00.4临界比例临界比例度度PIPID0.9/1.2/3.32.00.5表表4.4 4.4 扩充响应曲线法整定扩充响应曲线法整定T T和和KpKp、TiTi、TdTd494.4.4大滞后系统的参数整定大滞后系统的参数整定D.M.Bain和和G.D.Martin提出的提出的适用大滞后过程适用大滞后过程
30、参数整定方法参数整定方法被控对象为一阶滞后系统，即被控对象为一阶滞后系统，即（4-26）其中：其中：K=y/u为相对增益；为相对增益；为惯性时间常数；为惯性时间常数；为纯滞后时间。为纯滞后时间。50按下面公式计算按下面公式计算KP、TI和和TD：其中，其中，A，B和和C依表依表4-5的性能指的性能指标选择标选择：51例：已知某一阶滞后被控对象的参数为例：已知某一阶滞后被控对象的参数为K=1.47，=750秒，秒，=50秒。秒。1、按扩充响应曲线法求得当控制度、按扩充响应曲线法求得当控制度=1.05时，时，PID控制器参数为：控制器参数为：T=2.5，KP=17.25，TI=100，TD=22.
31、5。2、按、按D.M.Bain方法，当方法，当T=5秒时，按最小秒时，按最小IAE 指标选择指标选择PID控制器参数为：控制器参数为：KP=3.1，TI=771。52仿真结果PID控制器参数为：T=2.5，KP=17.25，TI=100，TD=22.5。53最小IAE 指标选择PID控制器参数为：KP=3.1，TI=771。54试凑法试凑法 凑试法凑试法是通过模拟或实际的闭环运行情况、观察系统的响应曲线，然是通过模拟或实际的闭环运行情况、观察系统的响应曲线，然后根据各调节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的后根据各调节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的响应，从
32、而确定响应，从而确定PID控制器中的三个调节参数。其中在实践中总结出如下控制器中的三个调节参数。其中在实践中总结出如下的规律：的规律：1）增大比例系数）增大比例系数KP一般将加快系统的响应，在有稳态误差的情况下有利一般将加快系统的响应，在有稳态误差的情况下有利于减小稳态误差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振于减小稳态误差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使系统的稳定性变坏；荡，使系统的稳定性变坏；2）增大积分时间）增大积分时间TI有利于减小超调，减小振荡，使系统更加稳定，但系有利于减小超调，减小振荡，使系统更加稳定，但系统稳态误差的消除将随之减慢；统稳态误差的消
33、除将随之减慢；553）增大微分时间）增大微分时间TD亦有利于加快系统的响应，减小振荡，使系统稳定亦有利于加快系统的响应，减小振荡，使系统稳定性增加，但系统对干扰的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应；另性增加，但系统对干扰的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应；另外，过大的微分系数也特使系统的稳定性变坏；外，过大的微分系数也特使系统的稳定性变坏；在凑试时，可以参考以上的一般规律，对参数的调整步骤为先比在凑试时，可以参考以上的一般规律，对参数的调整步骤为先比例，后积分，再微分的整定步骤，即：例，后积分，再微分的整定步骤，即：v 先整定比例部分先整定比例部分：将比例系数：将比例系数KP由小调大，并观察
34、相应的系统响应趋由小调大，并观察相应的系统响应趋势，直到势，直到得到反应快、超调小的响应曲线得到反应快、超调小的响应曲线。如果系统没有稳态误差或稳。如果系统没有稳态误差或稳态误差已小到允许范围之内，同时响应曲线已较令人满意，那么只须用态误差已小到允许范围之内，同时响应曲线已较令人满意，那么只须用比例调节器即可，最优比例系数也由此确定。比例调节器即可，最优比例系数也由此确定。56v 如果在比例调节的基础上系统的如果在比例调节的基础上系统的稳态误差不能满足设计要求，则须加稳态误差不能满足设计要求，则须加入积分环节入积分环节。整定时一般先置一个较大的积分时间系数。整定时一般先置一个较大的积分时间系数
35、TI，同时将第一步，同时将第一步整定得到的比例系数整定得到的比例系数KP缩小一些（比如取原来的缩小一些（比如取原来的80%），然后减小积分时），然后减小积分时间系数使在保持系统较好的动态性能指标的基础上，系统的稳态误差得到间系数使在保持系统较好的动态性能指标的基础上，系统的稳态误差得到消除。在此过程中，可以根据响应曲线的变化趋势反复地改变比例系数消除。在此过程中，可以根据响应曲线的变化趋势反复地改变比例系数KP和积分时间系数和积分时间系数TI从而实现满意的控制过程和整定参数。从而实现满意的控制过程和整定参数。v 如果使用比例积分控制器消除了偏差，但如果使用比例积分控制器消除了偏差，但动态过程仍
36、不尽满意，则可以动态过程仍不尽满意，则可以加入微分环节加入微分环节，构成，构成PID控制器。在整定时，可先置微分时间系数控制器。在整定时，可先置微分时间系数TD为零，为零，在第二步整定的基础上，增大微分时间系数在第二步整定的基础上，增大微分时间系数TD，同时相应地改变比例系数，同时相应地改变比例系数KP和积分时间系数和积分时间系数TI，逐步凑试，以获得满意的调节效果和控制参数。，逐步凑试，以获得满意的调节效果和控制参数。574.5 串级控制串级控制 串级控制技术是改善调节品质的有效方法之一，它是在单回路串级控制技术是改善调节品质的有效方法之一，它是在单回路 PID 控控制的基础上发展起来的一种
37、控制技术，并且得到了广泛应用。在串级控制制的基础上发展起来的一种控制技术，并且得到了广泛应用。在串级控制中，有主回路、副回路之分。一般主回路只有一个，而副回路可以是一个中，有主回路、副回路之分。一般主回路只有一个，而副回路可以是一个或多个。主回路的输出作为副回路的设定值修正的依据，副回路的输出作或多个。主回路的输出作为副回路的设定值修正的依据，副回路的输出作为真正的控制量作用于被控对象。为真正的控制量作用于被控对象。58一个炉温串级控制系统，目的是使炉温保持稳定。若煤气管道中的压力恒一个炉温串级控制系统，目的是使炉温保持稳定。若煤气管道中的压力恒定的，为了保持炉温恒定，只需测量出料实际温度，并
38、使其与温度设定值定的，为了保持炉温恒定，只需测量出料实际温度，并使其与温度设定值比较，利用二者的偏差控制煤气管道上的阀门。当煤气总管压力恒定时，比较，利用二者的偏差控制煤气管道上的阀门。当煤气总管压力恒定时，阀位与煤气流量保持一定的比例关系，一定的阀位，对应一定的流量，也阀位与煤气流量保持一定的比例关系，一定的阀位，对应一定的流量，也就是对应一定的炉子温度，在进出料数量保持稳定时，不需要串级控制。就是对应一定的炉子温度，在进出料数量保持稳定时，不需要串级控制。串级控制算法串级控制算法由于时间滞后，上述系统仅靠一个主控回路不能获得满意的控制效果，而通由于时间滞后，上述系统仅靠一个主控回路不能获得
39、满意的控制效果，而通过主、副回路的配合将会获得较好的控制质量。为了及时检测系统中可能引过主、副回路的配合将会获得较好的控制质量。为了及时检测系统中可能引起被控量变化的某些因素并加以控制，在该炉温控制系统的主回路中，增加起被控量变化的某些因素并加以控制，在该炉温控制系统的主回路中，增加煤气流量控制副回路煤气流量控制副回路，构成串级控制结构。，构成串级控制结构。59炉温与煤气流量的串级控制结构图炉温与煤气流量的串级控制结构图计算机串级控制系统计算机串级控制系统60 不管串级控制有多少级，计算的顺序总是从最外面的回路向内进行。对图不管串级控制有多少级，计算的顺序总是从最外面的回路向内进行。对图 所所示的双回路串级控制系统，其计算步骤为：示的双回路串级控制系统，其计算步骤为：61小测验小测验v1 在在 PID 控制中，积分项有什么作用？控制中，积分项有什么作用？v2 常规常规 PID 和积分分离和积分分离 PID 算法有什么算法有什么区别？区别？v3 写出数字位置式写出数字位置式 PID 算式和增量式算式和增量式 PID 算式。它们各有什么优缺点？算式。它们各有什么优缺点？v4数字数字 PID 调节器需要整定哪些参数？调节器需要整定哪些参数？62此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢