第三章 控制器的动态特性 3.1 PID控制概述 3.2 比例控制 3.3 积分控制 3.4 微分控制 3.5 控制器控制规律的实现方法
3.1 PID控制概述 PID(Propotional-Intigrate-Differential， 比例积分微分) PID控制的优点： （1）原理简单 （2）适应性强 （3）鲁棒性强
为保证系统是负反馈，可适当选择控制器的正作用和反作用 广义控制对象 VT c r 控制器 执行器 对象 Vm 变送器
各环节极性规定： 环节的输入量增加，其输出量也增加，该环节为正特性，其静态放大系数为正。 如：测量变送单元，控制对象，执行器 各环节极性规定： 环节的输入量增加，其输出量也增加，该环节为正特性，其静态放大系数为正。 如：测量变送单元，控制对象，执行器 正作用调节器：当系统的测量值减给定值增加时，调节器的输出也增加 。
执行器及阀门配合类型
正反作用的判断方法: 例：过热蒸汽温度控制系统 PID r C e u - 广义对象为反作用，当c增加时，u应增大，故控制器为正作用
3.2 比例控制 一. 比例控制 微分方程： 传递函数： 阶跃响应： 比例带 δ的物理意义
二. 比例控制的特点 μ h A （1）无惯性、无迟延、动作快,而且调节动作的方向正确, 在控制系统中是促使控制过程稳定的因素； （2）有差作用 A h μ
三. δ对控制过程的影响 δ很大，1/δ很小，μ很小，被控量变化平稳，但静态偏差很大，ts较大
3.3 积分控制 一. 积分控制 微分方程： 传递函数： 阶跃响应：
二. 积分控制的特点 （1）控制过程结束时,被调量与其给定值之间没有稳态偏差 (无差调节)； （2）积分作用在控制系统中是使控制过程振荡的因素,很少单独使用
三. Ti对控制过程的影响 Ti↓（1/Ti）↑，积分作用越强，调节阀动作越快，越容易引起和加剧振荡，但频率 ↑，最大动差↓
四. 比例积分（PI）控制 微分方程： 传递函数： 阶跃响应曲线
单容水箱液位控制系统（采用PI 调节器） h A h μ PI e Q2 μ=μp+ μI Q Q2 Q1 t0 t1 t2 t3 t4
3.4 微分控制 一. 微分控制作用 理想微分 微分方程： 传递函数： 阶跃响应：
实际微分 传递函数： 阶跃响应： （1）微分作用具有超前调节的特点 （2）能提高控制过程的稳定性 （3）不能单独使用
二. 比例微分(PD)控制 微分方程为 ： 传递函数为: 实际PD传递函数为:
实际PD调节器的阶跃响应曲线： 理想PD调节器的阶跃响应曲线：
三. 比例积分微分(PID)控制 理想PID调节器 实际PID调节器 动态方程 传递函数
二、调节器的控制规律 4. 比例积分微分(PID)调节器 理想PID调节器 实际PID调节器 阶跃响应曲线 P I D PID
单容水箱液位控制系统 （采用PI D调节器） h A h μ PID e μD Q t0 t1 t2 t3 t4
PID控制规律选择的规则 (1)对象控制通道的T较大或容积迟延τ较大时，应引入D作用。 (2) 对象控制通道T较小，负荷变化不大，无静差，可选择PI控制. (3)对象控制通道T较小，负荷变化较小，工艺要求不高，可选择P控制。 (4)对象控制通道T或容积迟延τ很大，负荷变化很大，应设计复杂控制系统。
3.5 控制器控制规律的实现方法 一、模拟式控制器控制规律的实现方法 （一）采用不同的反馈回路来实现 推导控制器传递函数
（b）反馈装置的输入信号取自放大元件的输出，控制器的传递函数为 （a）反馈装置的输入信号取自执行机构的输出，控制器的传递函数为
问题： 为实现PI （PD或PID）控制规律，应如何选择反馈环节？
（二）采用运算放大器的不同联接方式来实现 运算电路的输出为 通过改变输入网络阻抗Zi和反馈网络的阻抗Zf，运算放大器可实现各种运算功能。
试推导下面运算电路的传递函数，判断是什么规律？
二、数字式控制器控制规律的实现方法 （一）位置式控制算法 对模拟式PID控制器进行离散化，则数字式PID方程为 其中，T为采样周期
（二）增量式控制算法 控制器输出为增量： 优点：①可靠性高； ②控制器在手动-自动切换时的冲击小； ③算法中不进行累加运算
（三）改进的PID控制算法 1.积分分离算法 基本思路：e较大，取消I作用 其中，
2. 抗积分饱和PID算法 分析积分饱和现象 基本思路：在计算u(k)时，先判断， 若u(k-1)>umax，则只累加负偏差；
特点：只对输出量进行微分，对给定值不作微分， 适用于给定值频繁升降的场合 。 3.微分先行PID控制算法 特点：只对输出量进行微分，对给定值不作微分， 适用于给定值频繁升降的场合 。 4.带死区的PID控制算法 避免控制作用过于频繁动作。 式中，e0是设定参数