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.

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1 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

2 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

3 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

4 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 。

5 执行器及阀门配合类型

6 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

7 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

8 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

9 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

10 3.3 积分控制 一. 积分控制 微分方程： 传递函数： 阶跃响应：

11 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

12 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↓

13 四. 比例积分（PI）控制 微分方程： 传递函数： 阶跃响应曲线

14 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

15 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：

16 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

17 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:

18 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：

19 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

20 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

21 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

22 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。

23 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

24 （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

25 问题： 为实现PI （PD或PID）控制规律，应如何选择反馈环节？

26 （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。

27 试推导下面运算电路的传递函数，判断是什么规律？

28 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

29 （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

30 （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，

31 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；

32 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