《2.控制系统性能指标与PID控制律-过程控制自动化课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2.控制系统性能指标与PID控制律-过程控制自动化课件.ppt（32页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、上一讲内容的回顾l了解典型工业过程的动态特性类型；l掌握简单被控过程的机理建模方法；l掌握调节阀“气开、气关”形式与流量特性的选择原则；l掌握“广义对象”概念及其动态特性的典型测试方法。习题 讨论对于如图所示的加热炉温度控制系统，试(1)指出该系统中的被控变量、操纵变量、扰动变量与控制目标;(2)画出该系统的方块图；(3)选择控制阀的“气开-气关”形式;(4)指出该控制系统的“广义对象”及物理意义。温度控制系统方块图1 1特点特点：各环节均用实际仪表、设备或装置来表示，被控对象用受控设备来表示，不反映操纵变量、干扰对被控变量的影响关系。温度控制系统方块图2 2特点特点：采用传递函数与环节名称混
2、合表示，对象用被控过程的动态特性来表示。温度控制系统方块图3 3特点特点：对象用被控过程的动态特性来表示，其中除控制通道外，所有干扰对被控变量的影响只用一个输出扰动来近似。当然，各环节可以只用传递函数来表示。广义对象的阶跃响应测试“广义对象”的输入：u，输出为Tm。若机理建模有难度，就可采用常用的响应测试法.对象特性的阶跃响应测试假设温度测量变送器的量程为200 400,对象特性可用以下一阶+纯滞后来表示,试确定其Kp,Tp,。对象特性参数的确定假设温度测量变送器的量程为200 400。控制性能指标与PID反馈控制(PID Feedback Controllers)本讲基本要求l掌握仿真系统S
3、imuLink的使用方法;l掌握单回路控制器“正反作用”的选择原则；l掌握单回路控制系统的常用性能指标；l掌握PID控制律的意义及与控制性能的关系。仿真系统SimuLinkSimuLink的使用入门假设控制输入u(t)与干扰输入d(t)均为阶跃信号，要求显示输入对被控变量y(t)及其测量z(t)的动态响应。仿真系统SimuLinkSimuLink的使用技巧l熟悉与掌握系统所提供的SimuLink常用模块，如输入信号、输出显示、传递函数模块、常用数学函数等；l掌握SimuLink运行数据与Matlab数据平台的联结，以及Matlab常用的作图方法；l掌握子系统的封装技术（包括外观设计、参数设置、
4、注释等）；l掌握自定义模块的运行机制、设计方法与封装技术。控制器的“正反作用”选择问题问题：如何构成一个负反馈控制系统？控制器的“正反作用”选择n 定义：定义：当被控变量的测量值测量值增大时，控制器的输出也增大，则该控制器为“正作用”；否则，当测量值测量值增大时，控制器输出反而减少，则该控制器为“反作用”。n 选择要点：选择要点：使控制回路成为“负反馈”系统。选择方法为：（1）假设检验法假设检验法，先假设控制器的作用方向，再检查控制回路能否成为“负反馈”系统；（2）回路判别法回路判别法，先画出控制系统的方块图，并确定回路除控制器外的各环节作用方向，再确定控制器的正反作用。回路为负反馈的条件：。
5、控制器的作用方向选择：假设检验法根据控制阀的“气开气关”的选择原则，该阀应选“气开阀”，即：u Rf.(Why?)假设温度控制器为正作用，即：Tm u；则结论结论：该控制器的作用方向不能为正作用，而应为反作用.控制器的作用方向选择：回路判别法回路判别法的要点：（1）反馈回路中负增益环节（包括比较器）数为奇数；（2）对控制器而言，“正作用”是指Tm u。控制系统的性能评价仿真程序见./Simulation/PIDControl/PControlLoop.mdl讨论：如何评价或比较不同控制系统的性能？控制系统常用的性能指标n 稳态余差：n 衰减比：n 振荡周期Tn 调节时间 tsn 上升时间 tr
6、,峰值时间 tp.控制系统常用的性能指标（续）偏差平方值积分偏差绝对值积分偏差绝对值与时间乘积的积分PID 控制器纯比例控制器l控制器增益 Kc或比例度对系统性能的影响：增益 Kc 的增大（或比例度下降），使系统的调节作用增强，但稳定性下降（当系统稳定时，调节频率提高、最大偏差下降）；仿真结果参见./Simulation/PIDControl/PControlLoop.mdl比例增益对控制性能的影响比例积分控制器l积分时间Ti 对系统性能的影响引入积分作用的根本目的是为了消除稳态余差，但使控制系统的稳定性下降。当积分作用过强时（即Ti 过小），可能使控制系统不稳定。仿真结果参见./Simula
7、tion/PIDControl/PILoop.mdl积分作用对控制性能的影响理想的比例积分微分控制器l微分时间Td 对系统性能的影响微分作用的增强（即Td 增大），从理论上讲使系统的超前作用增强，稳定性得到加强，但对高频噪声起放大作用。对于测量噪声较大的对象，需要引入测量信号的平滑滤波；而微分作用主要适合于特性一阶滞后较大的广义对象，如温度、成份等。微分作用对控制性能的影响问题：控制作用的变化过大，对噪声敏感，如何克服？实际的比例积分微分控制器其中Ad 为微分增益SimuLink 结构:PIDPID控制系统仿真举例仿真结果参见./Simulation/PIDControl/PIDLoop.md
8、l结论l讨论仿真系统SimuLink的使用方法;l介绍了单回路控制器“正反作用”的选择原则；l描述了单回路系统的常用性能指标；l通过仿真讨论了PID控制律的意义及与控制性能的关系。思考题l对于一般的自衡过程，分析采用纯比例控制器存在稳态余差的原因；l引入积分作用可消除稳态余差的原因分析，以及为什么引入积分作用会降低闭环控制系统的稳定性？l引入微分作用可提高控制系统的稳定性，但为什么实际工业过程中应用并不多？l如何确定PID参数？仿真练习n构造具有初始输出的PID控制模块；n对下图所示的系统，假设稳态时对象的输入为50，输出y为20。在10时刻设定值从20变为25，试对不同控制器进行仿真比较。仿真练习（续）n采用纯比例控制器，分别在有噪声和没有噪声的情况下，作出Kc值为5，15和25时y相对于设定值变化的曲线；n采用Kc=2的PI控制器，Ti分别取2，1，0.5时在有噪声和没有噪声的情况下作出y相对于设定值变化的曲线；n采用Kc=2，Ti=0.5的PID控制器，试改变Td和Ad的值并比较在不同取值情况下以及在不同大小的噪声干扰下y相对于设定值变化的曲线。