1、控制器:又稱自動(dòng)控制儀表、控制器/調(diào)節(jié)器,第3章 控制器的控制規(guī)律,設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)目的：y=x 問題出現(xiàn)：被控變量能否回到給定值上，或者 以什么樣的途徑、經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間 回到給定值上來？ 與被控對(duì)象特性有關(guān)（2章已講述）， 而且還與控制器的特性有關(guān)（3章）。,分析控制器的作用及其在控制系統(tǒng)中的作用,分析過程控制系統(tǒng)時(shí): e=x-z 但單獨(dú)分析控制儀表時(shí):習(xí)慣采用e=z-x,習(xí)慣上：e0稱為正偏差； e0稱為負(fù)偏差；,自控系統(tǒng)作用：,克服f對(duì)y影響使y回到x上（y=x） 但總有f存在使得y偏離x，即二者之間存在偏差e,無f作用時(shí)，y=x，e=0 控制器輸出u保持不變（u:控制點(diǎn)）保持執(zhí) 行器位置不變

2、； 當(dāng)f存在時(shí)，yx，e0 控制器輸出在控制點(diǎn)u的基礎(chǔ)上發(fā)生變 化(變化量為p)，p就是用于克服f的影響,e0控制器就產(chǎn)生作用，具體怎樣產(chǎn)生作用及產(chǎn)生多少作用，應(yīng)該 產(chǎn)生什么方向控制？ 其大小和方向即增加或減少多少是由控制器的一定函數(shù)關(guān)系來確定,控制器作用：,將測(cè)量值y(t)與設(shè)定值x(t)相比較得偏差e(t)=y(t)-x(t)， 若e0就按預(yù)先設(shè)置的不同控制規(guī)律，發(fā)出控制信號(hào)u(t)， 去控制生產(chǎn)過程，使y回到x上.,控制規(guī)律：,控制器輸出值的變化量u與輸入值e之間存在一定的函數(shù)關(guān)系 即: u= f(e)= f(z-x) 這個(gè)函數(shù)關(guān)系決定控制器接受了e信號(hào)之后輸出信號(hào)變化的規(guī)律這個(gè)規(guī)律稱為

3、控制器的控制規(guī)律。,最基本的控制規(guī)律有： 位式調(diào)節(jié)、P、I、D及其組合PI、PD、PID,不同控制規(guī)律適應(yīng)不同的生產(chǎn)要求必須根據(jù)生產(chǎn)要 求來選取合適的控制規(guī)律。 若選擇不當(dāng)不但起不到好的控制作用反而會(huì)使控制 過程惡化甚至造成事故。 要選擇合適的控制器，首先必須了解常用控制規(guī)律 的特點(diǎn)及適應(yīng)條件，然后依據(jù)過度過程品質(zhì)指 標(biāo)要求結(jié)合具體對(duì)象特性做出正確的選擇.,3.1 雙位控制,控制器的輸出只有兩個(gè)值：最大值或最小值。 理想的雙位控制規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 當(dāng) （或 ）時(shí)， 當(dāng) （或 ）時(shí)，,當(dāng)z x（或z0（或0）時(shí)，控制器的輸出信號(hào)為最大值 反之，則控制器的輸出信號(hào)為最小值 例如：,缺點(diǎn)： 頻繁

4、動(dòng)作，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)部件（如繼電器、電磁閥等）損壞 實(shí)際應(yīng)用中雙位控制具有一個(gè)中間區(qū),在實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)中,這種現(xiàn)象是絕對(duì)不允許的，因?yàn)槿魏我环N設(shè)備都有一定的使用壽命，電磁閥的使用壽命一般在10萬50萬次。,例：某儲(chǔ)罐的壓力控制系統(tǒng) 控制設(shè)定值為100KPa,實(shí)際上的雙位控制器是有中間區(qū)的，即 當(dāng)測(cè)量值(或) 設(shè)定值時(shí)，控制器 的輸出不能立即變化，只有當(dāng)偏差達(dá)到 一定數(shù)值時(shí)，控制器的輸出才發(fā)生變 化，其雙位控制輸出特性如圖所示:,圖3-2 雙位控制輸出特性,上例：設(shè)置一個(gè)具有中間區(qū)的雙位控制,雙位控制總結(jié),位式控制的執(zhí)行器是從一個(gè)固定位置 到另一個(gè)固定位置,故整個(gè)系統(tǒng)不可能 保持在一個(gè)平衡狀態(tài); y總在

5、x附近波動(dòng)，其過渡過程是持續(xù)等幅振蕩;,因此分析雙位控制過程時(shí)，一般使用振幅和周期作為品質(zhì)指標(biāo)。 如圖：振幅（A）=Pmax-Pmin 周期為T,理想情況，振幅小，周期長(zhǎng)。但對(duì)于同一個(gè)雙位控制系統(tǒng)來說，過渡過 程的振幅和周期是由矛盾的 若要A小則T必然短（即振蕩頻率f高），會(huì)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作次數(shù)增多， 運(yùn)動(dòng)部件容易損壞；（影響執(zhí)行器壽命） 若要T長(zhǎng)（即振蕩頻率低）則A必然大，使被控變量y的波動(dòng)范圍超出允 許范圍（控制質(zhì)量變差）,一般設(shè)計(jì)原則：滿足振幅在允許的范圍內(nèi)后，盡可能使周期最長(zhǎng),注意：若系統(tǒng)存在純滯后環(huán)節(jié)（即時(shí)滯），滯后時(shí)間為， 則會(huì)出現(xiàn)控制器的輸出已經(jīng)切換，但y仍將繼續(xù)上升 或下降時(shí)間

6、然后才下降或上升，從而使等幅振蕩的 幅度加大。系統(tǒng)的時(shí)滯越大，振蕩的幅度也越大。,特 點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)控制、且價(jià)格便宜 但過渡過程是振蕩的 適用范圍：?jiǎn)稳萘繉?duì)象且對(duì)象時(shí)間常數(shù)較大、負(fù)荷變化較小、 過程時(shí)滯小、工藝允許被控變量在一定范圍內(nèi)波動(dòng) 的場(chǎng)合，如壓縮空氣的壓力控制，恒溫箱、管式爐 的溫度控制以及貯槽的水位控制等。 在實(shí)施時(shí)只要選用帶上、下限接點(diǎn)的檢測(cè)儀表、雙 位控制器，再配上繼電器、電磁閥、執(zhí)行器、磁力 起動(dòng)器等即可構(gòu)成雙位控制系統(tǒng)。,3.2 比例控制（比例控制算法）,（1）比例控制規(guī)律（P）,比例控制器的傳遞函數(shù)為：,u(t)= Kpe(t) 式 式中：Kp(Kc)-比例增益,特

7、點(diǎn)： Kp是衡量比例作用強(qiáng)弱的因素，Kp，控制作用越強(qiáng)， 在相同e(t)輸入下，輸出u(t)也越大。 kp 比例作用 kp 比例作用 優(yōu)點(diǎn)：控制及時(shí),說明： u是增量，實(shí)際輸出u=u0+ u(u0初始閥位輸出 即穩(wěn)態(tài)點(diǎn)/工作點(diǎn)) 具有飽和區(qū)的比例特性Kp較大時(shí)式只有在一定范圍內(nèi)起作用 如圖： 比例度() 工業(yè)生產(chǎn)上，一般來表示比例作用的強(qiáng)弱,其定義,u(t)= Kpe(t) 式,比例度定義為：,改寫為：,對(duì)單元組合儀表而言：,說明： 對(duì)應(yīng)使控制器的輸出變化滿量程時(shí) 輸入占其測(cè)量范圍的百分?jǐn)?shù) （是使輸入輸出呈線性關(guān)系的范圍，如圖）,（2）控制器正/反作用：e=y-r=pv-sp,若e0, u0

8、(或e0, u0) 即二者同號(hào) 定值系統(tǒng)中，r常數(shù)，故測(cè)量值y增加，控制器輸出u也增加，則該控制器為正作用控制器,若e0, u0) 即二者異號(hào) 即測(cè)量值y增加，控制器輸出u卻減少，則該控 制器為反作用控制器,選擇控制器正/反作用的目的： 保證控制系統(tǒng)成為負(fù)反饋,所謂“任意環(huán)節(jié)”作用方向，就是指輸入變化后，輸出的變化方向,正作用,反作用,注意：在控制系統(tǒng)分析時(shí)， e =r-y 控制器增益定義：Kc=u/e 故正作用控制的增益Kc為負(fù)，而反作用控制器的增益Kc為正,，其,（3）比例度對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響,為什么P控制規(guī)律會(huì)產(chǎn)生余差呢？ 是P控制規(guī)律自身的特點(diǎn) 思考!,結(jié)論： 在擾動(dòng)（例如負(fù)荷）及設(shè)

9、定值變化時(shí)有余差存在。,假設(shè)系統(tǒng)原處于平衡狀態(tài)，則y= x 由于擾動(dòng)f的加入，使對(duì)象的輸出發(fā)生變化，破壞了平衡狀態(tài) 若fy,則 yx e進(jìn)入調(diào)節(jié)器，經(jīng)P運(yùn)算后，則有輸出u去克服擾動(dòng)f，力圖使y 因P調(diào)節(jié)器:p=Kpe,若想輸出一定的信號(hào)p去克服擾動(dòng)f的 影響，就必須有一定的輸入信號(hào)e存在 比例控制器是有余差的控制，故： 對(duì)于控制系統(tǒng)要求較高不允許有余差，則純比例滿足不了要求 由控制原理知識(shí)可更清晰描述e存在：,Kc對(duì)被控對(duì)象過渡過程的影響：,當(dāng)廣義對(duì)象的穩(wěn)態(tài)增益為有限值時(shí)（自衡過程） Kc，余差減少 若受到設(shè)定值擾動(dòng)時(shí)，余差為： 若受到外界擾動(dòng)時(shí)，余差為：,Kc,e(),但0,對(duì)廣義對(duì)象的穩(wěn)態(tài)

10、值為無限值（非自衡特性）,對(duì)設(shè)定值變化時(shí)，e() 0，即余差為0 對(duì)干擾作用時(shí)，若Gf(s)為自衡過程 則e() 0 若Gf(s)為非自衡過程 則e()0 自己驗(yàn)證！,Kc對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響：,一般地， Kc，穩(wěn)定性降低 幅值裕度： Kc , kg wg=G(jwg)=-180,對(duì)開環(huán)不穩(wěn)定系統(tǒng) Kc1/K0是閉環(huán)穩(wěn)定的條件,控制器參數(shù)整定時(shí)，對(duì)于一階或二階系統(tǒng)，結(jié)論是成立的 仿真結(jié)果：,一般來說，若對(duì)象滯后較小、時(shí)間常數(shù)較大以及放大倍數(shù)較小時(shí)，Kc選大些，以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應(yīng)快些，從而過渡過程曲線的形狀較好。反之， Kc選小些以保證穩(wěn)定。,工業(yè)生產(chǎn)中定值控制系統(tǒng)通常要求控制系統(tǒng)具有振蕩

11、不太劇烈，余差不太大的過渡過程，即衰減比在4:110:1的范圍內(nèi)，而隨動(dòng)控制系統(tǒng)一般衰減比在10:1以上,Kc?。ㄔ酱螅?，過渡過程曲線越平穩(wěn)； Kc，系統(tǒng)的振蕩程度加劇，衰減比，穩(wěn)定程度降低。 若Kc較大，則振蕩頻率提高，因此把被控變量拉回到設(shè)定值所需時(shí)間就短。 Kc太大，系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，甚至發(fā)散 在擾動(dòng)作用下， Kc 越大（越?。?，最大偏差越小； 在設(shè)定作用下且系統(tǒng)處于衰減振蕩時(shí)， Kc越大（越小）最大偏差卻越大,純比例控制適用場(chǎng)合：,純比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)：,控制及時(shí) 控制結(jié)果有余差,干擾幅度較小 控制通道滯后較小 負(fù)荷變化不大 控制要求不太高,常見的：儲(chǔ)槽液位控制系統(tǒng)、壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐的壓力

12、控制等 如：在液位控制中，往往只要求液位穩(wěn)定在一定的范圍之內(nèi)， 沒有格要求，只有當(dāng)比例控制系統(tǒng)的控制指標(biāo)不能滿足 工藝生產(chǎn)要求時(shí)，才需要在比例控制的基礎(chǔ)上適當(dāng)引入 積分或微分控制作用,3.3積分/比例積分控制（PI控制）,比例控制最大的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)快，控制作用及時(shí) 最大的缺點(diǎn)是控制結(jié)果存在余差 當(dāng)工藝對(duì)控制質(zhì)量有更高要求，不允許控制結(jié)果存在余差時(shí)，就需要在比例控制的基礎(chǔ)上，再加上能消除余差的積分控制作用。,比例積分控制就是由比例作用和積分作用二種控制作用組合而成,積分作用：指控制器的輸出與輸入（偏差e）對(duì)時(shí)間的積分成比例表達(dá)式為 ：,積分作用的輸出取決于：e存在與否？ e0,輸出隨t積累而增大或

13、減少 e=0時(shí)輸出不再變化而穩(wěn)定在某一數(shù)值上 (積分具有飽和特性) 只要e存在，調(diào)節(jié)器輸出會(huì)不斷變化，直到e為0 消除余差,當(dāng)e=A時(shí)： 為一直線 如下圖,TI：積分作用的變化速度 TI越小(變化速度越快，直線越 陡峭)，則I作用越強(qiáng) TI越大(變化速度越慢，直線越 平坦),則I作用越弱 。 TI是描述I作用強(qiáng)弱的物理量,3.3.1 積分控制（I控制）,積分作用的特點(diǎn)：三個(gè),（1）無差調(diào)節(jié) 只要e不為零，則u不斷增大（優(yōu)點(diǎn)） （2）穩(wěn)定性變差 I作用的傳函： （缺點(diǎn)）,提供了-90相角滯后，使臨界頻率降低，臨界增益（穩(wěn)定裕度） 減少，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 增加了一個(gè)位于零點(diǎn)的開環(huán)極點(diǎn)（另一方面

14、純積分環(huán)節(jié)的靜態(tài)增 益趨于無窮大），使穩(wěn)定性降低，系統(tǒng)的幅值裕度為零,（3）調(diào)節(jié)速度慢 與純P比較而言,I作用在e變化后，其變化規(guī)律是從0開始逐 漸，經(jīng)Ti時(shí)間后才會(huì)達(dá)到比例作用的大小 其變化速度與Ti關(guān)，Ti越小系統(tǒng)變化快， 其變化的速度總是要小于比例作用 故Ti是反應(yīng)動(dòng)作快慢的指標(biāo),對(duì)對(duì)象慣性較大y將出現(xiàn)較大超調(diào)量，過度時(shí)間也較長(zhǎng)， 這樣會(huì)使y波動(dòng)得厲害，引入積分后會(huì)使系統(tǒng)易于振蕩。 故一般不單獨(dú)采用積分作用而與比例作用配合使用,思考題： 控制系統(tǒng)在純比例作用下已整定好，加入積分作 用后，為保證原穩(wěn)定度，此時(shí)應(yīng)將比例度 （ ） A.增大 B.減小 C.不變,PI控制由比例和積分作用組合而成

15、,如果加入e為幅值為A的階躍信號(hào)則：,積分時(shí)間TI的定義：在階躍輸入下，積分作用的輸出變化到比例作用的輸出所經(jīng)歷的時(shí)間。如圖所示 即yp=yI時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間 工程中常用此法求TI,2KPA,TI,3.3.2比例積分控制（PI控制） 綜合P、I作用的優(yōu)點(diǎn) P：作用迅速，但有余差 I：無余差，但穩(wěn)定性差，動(dòng)作緩慢,t=0僅P起作用，t0時(shí)輸出在比例基礎(chǔ)上逐漸增加即累積，如圖,（1）PI作用可以消除余差,利用終值定理： PI 傳函： 對(duì)象傳函： 可求誤差傳函為：,當(dāng)輸入階躍信號(hào)時(shí)， 或也可以用PI作用環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)增益趨于無窮來證明穩(wěn)態(tài)誤差為0,舉例證明： 某控制系統(tǒng)的方塊圖如圖所示，求設(shè)定值、干擾分別

16、發(fā)生階躍變化時(shí)的穩(wěn)態(tài)變化量,先求 Y(s) = ? X(s) + ? F(s),令設(shè)定值發(fā)生單位階躍變化：,則：,無余差,令干擾發(fā)生單位階躍變化：,則：,無余差,積分作用能消除余差！,數(shù)學(xué)角度分析余差產(chǎn)生,（2）積分時(shí)間Ti 對(duì)系統(tǒng)性能的影響：,引入積分作用的根本目的: 消除穩(wěn)態(tài)余差 注意：Ti越小，I作用越強(qiáng),導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降 在同樣的Kc下: 擾動(dòng)作用下: Ti小，最大偏差下降，振蕩頻率增加; 給定作用下：Ti，積分作用加強(qiáng)，消除余差較快,但控制系統(tǒng)的 振蕩加劇，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降； Ti過小，系統(tǒng)振蕩越強(qiáng)烈，可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚 至發(fā)散振蕩 。,注意事項(xiàng)： PI PI控制器在克服

17、干擾時(shí)，雖然消除了余差，但也降低了系統(tǒng)的 穩(wěn)定性。因此，要保持原有的穩(wěn)定程度，必須減小比例增益 （增大比例度約1.2倍或降低比例增益），這又使系統(tǒng)的其他控 制指標(biāo)有所下降。 當(dāng)對(duì)象滯后很大時(shí)，可能控制時(shí)間較長(zhǎng)、最大偏差也較大； 當(dāng)負(fù)荷變化過于劇烈時(shí)，由于積分動(dòng)作緩慢，使控制作用 不及時(shí)，此時(shí)可增加微分作用,PI適用場(chǎng)合： 控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、y不允許有余差 其積分時(shí)間應(yīng)根據(jù)不同的對(duì)象特性加以選擇，一般情況下的大致范圍是：,壓力控制： 流量控制： 溫度控制： 液位控制： 一般不需積分作用,3.3.3 積分飽和,問題： 簡(jiǎn)答題 1、什么是控制器的積分飽和現(xiàn)象？ 2、產(chǎn)生積分飽和的條件是

18、什么？ 3、積分飽和的主要危害是什么？ 如何預(yù)防？,積分飽和定義： 控制器具有I作用，當(dāng)其處于開環(huán)工作狀態(tài)時(shí)，若e一直存在，將 使該控制器輸出就會(huì)不停的變化（若正作用： 或反作用：） 從而導(dǎo)致u達(dá)到極限位置。此后若e繼續(xù)（或），u也不會(huì)再 （或）， 即系統(tǒng)輸出超出正常運(yùn)行范圍而進(jìn)入飽和區(qū)。 一旦出現(xiàn)反向偏差，u逐漸從飽和區(qū)退出。進(jìn)入飽和區(qū)愈深（如： 深度飽和狀態(tài),達(dá)到氣源壓力0.14MPa或0MPa）則退飽和時(shí)間愈長(zhǎng) 此段時(shí)間內(nèi)，執(zhí)行器仍停留在極限位置而不能隨著偏差反向立即 做出相應(yīng)的改變，導(dǎo)致控制器的輸出產(chǎn)生滯后，從而造成調(diào)節(jié)過 程中動(dòng)態(tài)偏差加大，這時(shí)系統(tǒng)就像失去控制一樣，造成控制性能 惡化

19、，甚至引起危險(xiǎn)。該現(xiàn)象稱,積分飽和產(chǎn)生條件： 1）控制器具有積分作用 2）單方向e長(zhǎng)期存在 3）控制器處于開環(huán)工作狀態(tài) 舉例說明：積分飽和產(chǎn)生及其預(yù)防,例：恒壓放空系統(tǒng),氣關(guān)閥 反作用PI控制器,分析： 正常情況下，PP給定值 閥全關(guān)e長(zhǎng)期存在 滿足積分飽和產(chǎn)生的前兩個(gè)條件 正常工作時(shí)，e長(zhǎng)期存在則: PI控制器輸出u,隨e存在有可能達(dá)到氣源壓力(0.14MPa) 如圖：紅色( 0 t2) t2處：e反向 由于積分飽和存在要花 t3-t2時(shí)間來退出深度飽和區(qū)（綠色） 到t3時(shí)間后，閥門才動(dòng)作，故閥門動(dòng)作有 一定滯后（滯后時(shí)間t3 t2），對(duì)控 制不利 閥的信號(hào)區(qū)間： 0.02 0.1MPa,積

20、分飽和危害： 使得控制閥不能夠及時(shí)動(dòng)作 控制器輸出進(jìn)入飽和狀態(tài)時(shí)，其輸出將達(dá)到最大或最小的極限值，該極限值超出了調(diào)節(jié)閥的有效輸入范圍。 此時(shí)如果偏差反向的話，調(diào)節(jié)閥不能及時(shí)動(dòng)作，而是要等控制器輸出退出飽和區(qū)后才開始動(dòng)作，相 當(dāng) 于在控制系統(tǒng)中引入了一個(gè)很大的滯后，導(dǎo)致系統(tǒng)的控制品質(zhì)變壞，甚至造成事故。 選擇性控制系統(tǒng)易產(chǎn)生積分飽和,防止積分飽和：,氣動(dòng)單元儀表中，實(shí)際PI控制規(guī)律如圖所示：,實(shí)質(zhì)上，內(nèi)部存在一個(gè)正反饋（不穩(wěn)定） 據(jù)此，提出防積分飽和措施限幅法,防止積分飽和措施一：,限幅器,當(dāng)控制器輸出U(s)超出限幅值Ub時(shí)，正反饋的輸入信號(hào)保持在Ub 此時(shí)，,另外，積分切除法（PI-P控制器

21、）、積分外反饋法等 選擇性控制系統(tǒng),3.4 比例微分控制,特點(diǎn)： 輸出只與e的變化速度有關(guān) 只要e一露頭（變化趨勢(shì)），控制器就立即動(dòng)作， 以求更好的調(diào)節(jié)效果 相當(dāng)于賦予了控制器以某種程度的預(yù)見性 即：D作用有一定的超前調(diào)節(jié)作用 （優(yōu)點(diǎn)） 但與e的存在與否無關(guān)，即e=常數(shù) 其輸出=0 故D作用不能消除余差 故 單獨(dú)D作用無法工作，它起輔助作用使用, 3.4.1 微分控制,在P控制基礎(chǔ)上引入I控制后，可消除余差，但超調(diào)量增大，為抑制超調(diào)，必減小Kc，使控制器的整體性能有所變差。當(dāng)對(duì)象滯后很大，或負(fù)荷變化劇烈時(shí)，則不能及時(shí)控制。而且，偏差的變化速度越大，產(chǎn)生的超調(diào)就越大，需要越長(zhǎng)的控制時(shí)間。在這種情

22、況下，可加入D控制,幅度無窮大 脈寬趨于零的尖脈沖 執(zhí)行器無法撲捉到,不能 使用,PD控制的特性：,(a)圖：當(dāng)加階躍輸入時(shí)，理想PD調(diào)節(jié)器產(chǎn)生了一個(gè)很大的函數(shù)，其輸出為幅值很大的脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)閥上信號(hào)由一個(gè)很大變化，導(dǎo)致閥位產(chǎn)生一個(gè)很大波動(dòng)，對(duì)控制不利。實(shí)際中，脈沖信號(hào)不可能被其它環(huán)節(jié)（執(zhí)行器）所接收到。 當(dāng)tT+時(shí)，u(t)A常數(shù)，微分又不起作用，顯然理想PD作用在實(shí)際應(yīng)用中沒有什么態(tài)大的意義 故: D作用不能單獨(dú)使用，理想PD作用不能直接使用,從(b)圖可看出，當(dāng)輸入為斜坡曲線時(shí)存在： u(t)Kp(tTd)，故D控制起到了超前的作用， 即：控制器輸出比輸入超前Td時(shí)間 注意：“超前”實(shí)

23、質(zhì)上它不是在e產(chǎn)生之前就調(diào)節(jié)， 只是在e變化瞬間就開始產(chǎn)生一個(gè)比較大 的調(diào)節(jié)作用,在工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)時(shí)不采用理想的PD作用，而采用實(shí)際的PD作用,輸入階躍信號(hào)時(shí): 在t=t0時(shí)，輸出不是無窮大 而是趨近于有限值KPKDA 微分輸出有飽和特性,KD的定義： KD=y(t0)/y()=KPKDA/KPA KD530 一般常取常數(shù)KD10,實(shí)際的比例微分控制： 超前-滯后環(huán)節(jié),式中：Kd為微分增益，它反映了實(shí)際微分特性與理想微分特性接近的程度 Kd越大微分作用越接近理想程度 T：微分時(shí)間常數(shù) T=TD/KD,PD調(diào)節(jié)器整定的參數(shù)是和TD : TD = TKD T 微分時(shí)間常數(shù),微分作用對(duì)控制性能的影響,

24、Td ,微分作用的增強(qiáng)，從理論上講使系統(tǒng)的超前作用增強(qiáng)，穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，如圖： 超調(diào)量減小，衰減比n增大 但對(duì)高頻噪聲起放大作用。對(duì)于測(cè)量噪聲較大的對(duì)象，需要引入測(cè)量信號(hào)的平滑濾波；而微分作用主要適合于一階滯后較大的廣義對(duì)象，如溫度、成份等。,微分在一定程度上提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性,3.5比例積分微分控制作用,理想PID控制：,PID特性： 開始D起主導(dǎo)作用，使的總輸出大幅度變化，產(chǎn)生強(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作用之后D作用消失，I逐漸占據(jù)主導(dǎo)作用直到余差完全消失，I作用才停止 特點(diǎn)： 既有D作用的“超前”調(diào)節(jié)，又有I作用“能完全消除余差” 故調(diào)節(jié)質(zhì)量提高，實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)需要選取，特別D慎用,PID控制適用場(chǎng)合：

25、被控對(duì)象負(fù)荷變化較大，容量滯后較大， 干擾變化較強(qiáng)，工藝不允許有余差存在， 且控制質(zhì)量要求較高,因D作用物理不可實(shí)現(xiàn)，實(shí)際PID由PI+實(shí)際PD,Td，微分作用加強(qiáng) 引入D作用，根據(jù)e的變化趨勢(shì)調(diào)節(jié)，反應(yīng)及時(shí)（超前控制作用） 引入適當(dāng)?shù)腄作用，可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，表現(xiàn)為： 相角超前、振幅比1、衰減比增大、過渡時(shí)間tp、 過渡過程最大偏差減少emax； Td太大，微分作用太強(qiáng)，導(dǎo)致反應(yīng)速度過快，引起系統(tǒng)振蕩 引入D作用以后，不能消除余差，但余差會(huì)有所減少 D作用對(duì)純滯后的對(duì)象不起作用（在存滯后這段時(shí)間內(nèi)，e未變【因y在存滯后時(shí)間內(nèi)未變化】，其變化率為0，此時(shí)微分不起作用） 微分作用適用于過渡滯后強(qiáng)的對(duì)象，如：溫度對(duì)象(其他系統(tǒng)較少用 ) 微分作用對(duì)高頻噪聲非常敏感，有放大作用，如：在流量控制系統(tǒng)總流量測(cè)量信號(hào)通常包含脈沖干擾，這類對(duì)象一般不加微分作用。若