PID控制与参数整定方法解析.ppt

PID控制与参数整定方法 内 容 过程控制常见概念 过程控制系统的性能指标 PID控制原理与数字实现 PID控制参数对控制性能的影响 PID控制的改进算法 PID控制实现时的常用技巧 PID参数整定方法 采样PI控制原理及参数整定方法 PID算法的实现 过程控制常见概念 时变系统和时不变系统 线性系统和非线性系统 大惯性与纯滞后 多变量与耦合 控制器、控制对象、执行机构 测量参数（被调量）、操作变量 优化 参数自适应 阶跃响应 动态与稳态 时变系统和时不变系统 时不变系统指控制系统参数不随时间的变化而变化。 时变系统指控制系统参数随着时间的变化而变化。 时变系统是任何控制对象的特点。时不变是理想的、是近似的。 在某一时间段内，可以把控制对象近似为时不变系统。 线性系统和非线性系统 线性系统指输出随着输入的变化成比例变化。 非线性系统是输出的变化与输入的变化是不成比例的。 例如：给煤机转速和给煤量的关系。 大惯性与纯滞后 大惯性可以理解为系统的状态改变较慢，惯性较大。 纯滞后是指在施加控制后，系统状态发生改变的时间滞后与施加控制时间。 例如： 大惯性与纯滞后 K0.2 时可以选择比例或比例积分控制； 0.2K1.0时可以选择比例微分或积分微分控制。 多变量与耦合 多变量指一个控制对象包含了多个输入量和多个输出量。 （例：单入单出、多入单出和多入多出） 耦合是指多个控制输入量引起输出量是非单一的，存在彼此之间的影响。 （例：中间储仓式制粉系统） 控制器、控制对象、执行机构 控制器指控制算法实现的装置。 执行机构指由控制输出，被其接受能够引起控制对象被调量变化的装置。 控制对象是控制作用实施的对象。 例：温度控制系统、制粉系统。 测量参数（被调量）、操作变量 测量参数（被调量）指控制的目标量。例如：温度控制中的温度；负荷控制中的负荷。 操作量指为了调节被调量需要控制的量。例如：温度控制中的热风门开度；负荷控制中的给煤量。 优化 目标值优化：搜索最佳工作点，以满足一定的目标函数最大或最小。搜索方法有模型法，动态搜索法（在线优化）。负荷回路控制即使用目标值优化。 其他优化：有目标函数，按照经验模型或数学模型或预测模型给出最佳输出，以满足目标函数最大或最小。 参数自适应 阶跃响应 动态与稳态 过程控制系统在运行过程有两种状态，一种是稳态，此时系统没有受到任何外来干扰，同时设定值保持不变，因而被调量也不会随时间变化，整个系统处于稳定平衡的工况。另一种是动态，当系统受到外来干扰的影响或者改变了设定值后，原来的稳态遭到了破坏，系统中各组成部分的输入输出量都相继发生变化，尤其是被调量也将偏离原稳态值而随时间变化，这时就称系统处于动态。经过一段时间调整后，如果系统是稳定的，被调量将会重新达到新设定值或其附近，系统又恢复稳定平衡工况。这种从一个稳态到达另一个稳态的历程称为过渡过程。 过程控制系统的性能指标 评价控制系统的性能指标要根据工业生产过程对控制的要求来制定。这种要求可以概括为稳定性、准确性和快速性。 时域性能指标 频域性能指标 综合性能指标 时域性能指标 衰减比和衰减率 最大动态偏差和超调量 参余偏差 调节时间和振荡频率/周期 上升时间 闭环控制系统在设定值绕动下的阶跃响应 衰减比和衰减率 衰减比是衡量一个振荡过程的衰减程度的指标，它等于两个相邻的同向波峰值之比。 衰减比 η=y2/y1 衡量振荡过程衰减程度的另一种指标是衰减率，它是指每经过一个周期后，波动幅度衰减的百分数，即 衰减率 ψ=(y1-y3)/y1 衰减比与衰减率两者有简单的对应关系，例如衰减比η为4：1，衰减率ψ=0.75。为了保证系统的稳定度（鲁棒性），在过程控制中，一般要求衰减比为4：1到10：1，这相当于衰减率为75%到90%。这样，大概经过两个周期后趋于稳态。 最大动态偏差和超调量 最大动态偏差是指设定值阶跃响应中，过度过程开始后第一个波峰超过其稳态之的幅度。最大动态偏差占被调量稳态变化幅度的百分比称为超调量。 最大动态偏差更能直接反映在被调量的生产运行记录曲线上，因此它是控制系统动态准确性的一种衡量指标。 参余偏差 残余偏差是指过度过程结束后，被调量新的稳态值y（∞）与新设定值r之间的差值，它是控制系统稳态准确性的衡量指标。 调节时间 调节时间是从过度过程开始到结束所需的时间。理论上它需要无限长的时间，但一般认为当被调量已进入其稳态值的±5%范围内，就算过渡过程已经结束。因此，调节时间就是从绕动开始到被调量进入新稳态值的±5%范围内的这段时间，一般用ts表示。 调节时间是衡量控制系统快速型的一个指标。 振荡频率/周期 上升时间 当系统的阶跃响应第一次达到稳态值的时间，称为上升时间，记为tr。 综合性能指标 PID控制原理与数字实现 PID控制是迄今为止最通