第8章-计算机过程控制系统.ppt

　　　　8.3.2 PID参数的整定 　　一、PID参数对控制性能的影响 　　 数字PID算式参数整定主要目的是确定KP、TI、TD和采样周期T。对于一个结构和控制算法形式已定的控制系统，控制系统的控制性能好坏主要取决于参数选择得是否合理。由于计算机控制系统的采样周期很短，数字PID与模拟PID的算法十分相似。所以，其整定方法采用扩充临界比例度法。 图8-41 微分先行PID控制 　　 在连续控制系统中，使用最广泛的控制规律是PID，即调节器的输出u(t)与输入e(t)之间成比例、积分、微分的关系，即 8-31 　　 同样，计算机控制系统中PID控制规律使用得也较为普遍。在PID控制下，数字调节器的输出与输入之间的关系是 8-32 　　 下面以PID控制为例，讨论控制参数如比例系数KP，积分时间常数TI和微分时间常数TD对控制系统性能的影响，负反馈控制系统如图8-42所示 　　　　8.3.2 PID参数的整定 　　一、PID参数对控制性能的影响 　　 （1）对动态性能的影响。比例控制系数KP加大，会使得系统的灵敏度增大，KP偏大，振荡次数增多，调节时间延长。当KP太大时，将会导致系统不稳定，而KP太小，又会导致系统反应迟钝，动作缓慢。 （2）对稳态性能的影响。加大系数KP，在系统稳定的情况下，可减小系统的稳态误差ess，提高控制精度，但是加大KP减小ess，不能完全消除稳态误差。 （一）比例控制系数KP对控制性能的影响 （二）积分控制系数TI对控制性能的影响 　　 积分控制系数TI与比例控制或微分控制联合作用，构成PI控制或PID控制。 　　 （1）对动态性能的影响。积分控制系数TI通常使系统的稳定性下降。TI太小将会导致系统不稳定。TI偏小，则振荡次数较多，TI太大，对系统性能的影响减少。当合适时，过渡特性较为理想。 （2）对稳态性能的影响。积分控制系数TI能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。但是当其值太大时，积分作用太弱，以至于不能减小稳态误差。 （三）微分控制系数TD对控制性能的影响 　　 微分控制常与比例控制或积分控制联合使用，构成PD或PID控制。 　　 微分控制可改善动态性能，例如超调量σp减少，调节时间ts缩短，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。 　　 当TD偏大时，超调量σp较大，调节时间ts较长。 　　 当TD偏小时，超调量σp也较大，调节时间ts也较长。只有合适时，才能得到较满意的过渡过程。 　　　　8.3.2 PID参数的整定 　　一、PID参数对控制性能的影响 　　 PID调节器长期以来在生产过程中应用广泛，被广大工程技术人员接受并熟悉。究其原因，可以证明对于特性为 和 的控制对象，PID控制是一种最优的控制算法；PID的控制参数KP、TI、TD相互独立，参数整定比较方便；PID算法比较简单，计算工作量较小，容易实现多回路控制。在应用中，根据对象特性和负荷情况，合理选择控制规律是非常重要的。 （四）控制规律的选择 　　 根据上述分析，可得出如下结论： 　　 （1）对于一阶惯性对象，负荷变化不大，工艺要求不高，可采用比例（P）控制。例如，对于压力、液位、串级副控回路等。 　　 （2）对于一阶惯性与纯滞后串联的对象，负荷变化不大，要求控制精度较高，可采用比例积分（PI）控制。例如对压力、流量、液位的控制。 　　 （3）对于纯滞后时间较大，系统的负荷变化也较大，对于控制性能要求高的场合，可采用比例积分微分调节器（PID）控制。例如，用于过热温度控制、pH值控制。 （4）当对象为高阶（二阶以上）的惯性环节又有纯滞后的特性，负载变化较大，控制性能要求高时，应采用串级控制，前馈—反馈控制、前馈—串级或纯滞后补偿控制。 　　　　8.3.2 PID参数的整定 二、采样周期T的选取 　　　 在计算机控制系统中，采样周期的选定往往要视具体对象而定，对于反应快的控制回路，其采样周期选用较短，而对反应缓慢的回路可选择较长的采样周期T。在实际选用时，需要注意三点： 　　 （1）采样周期应比对象的时间常数小得多，否则采样信息无法反映瞬变过程。采样频率应远远大于信号变化的频率。按照香农（Shannon）采样定理，为了不失真地复原信号的变化，采样频率至少应该是有用信号最高频