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1、本讲知识点,PD运算规律表示方法、控制特点、参数的意义及测定 PID运算规律阶跃响应特性 基本控制规律的实现方法（补充）无源RC电路、运算放大器 PID控制器的构成控制器的构成、PID运算电路的构成方式,理想PD控制器的特性,具有比例微分控制规律的控制器称为PD控制器。对PID控制器而言，当积分时间TI时，控制器呈PD控制特性。,或,理想PD控制器输出与输入的关系式为：,PD运算规律,由于在偏差恒定不变时，微分作用输出为零。故微分作用也不能单独使用。,理想PD控制特性,超前控制特性微分作用根据偏差变化速度进行控制，有超前控制之称。在温度、成分等控制系统中，往往引入微分作用以改善控制过程的动态特
2、性。,实际PD控制器的传递函数为：,在阶跃偏差信号作用下，实际PD控制器的输出为：,阶跃响应特性,实际PD控制器的特性,KD愈大，微分作用愈趋于理想,在阶跃偏差信号作用下，实际PD输出变化的初始值与最终值（即比例输出值）之比：,微分增益KD,微分时间TD,在阶跃偏差信号作用下，实际PD控制器的输出从最大值下降了微分输出幅度的63.2%所经历的时间，就是微分时间常数TD/KD。此时间常数再乘上微分增益KD就是微分时间TD。,微分输出的大小与偏差变化速度和微分时间成正比，微分时间越长，微分作用就越强。,微分时间TD 的测定,微分作用按偏差的变化速度进行控制，其作用比比例作用快，因而对惯性大的对象用
3、比例微分作用可以改善控制质量减小最大偏差，节省控制时间。微分作用力图阻止被控变量的变化，有抑制振荡的效果，但如果加得过大，由于控制作用过强，反而会引起被控变量大幅度的振荡。TD太大时，系统振荡加剧，TD太小时，微分作用不明显。只有TD适当时，系统才比较平衡。PID控制规律既能快速进行控制，又能消除余差，具有较好的控制性能。,微分时间对过渡过程的影响,（3）微分时间TD对系统过渡过程的影响,适当的微分作用：,在负荷变化剧烈、扰动幅度较大或过程容量滞后较大的系统中，适当引入微分作用，可在一定程度上提高系统的控制质量。当被控变量一有变化时，根据变化趋势适当加大控制器的输出信号，将有利于克服扰动对被控
4、变量的影响，抑制偏差的增长，从而提高系统的稳定性。,微分时间TD的大小对系统过渡过程的影响，如上图所示。若取TD太小，则对系统的控制指标没有影响或影响甚微，如图中曲线1；选取适当的TD，系统的控制指标将得到全面的改善，如图中曲线2；但若TD取得过大，即引入太强的微分作用，反而可能导致系统产生剧烈的振荡，如图中曲线3所示。,微分作用的两面性：,保持原来的衰减比n：,如果要求引入微分作用后仍然保持原来的衰减比n，则可适当减小控制器的比例度，一般可减小15%左右，从而使控制系统的控制指标得到全面改善。此外，当测量中有显著的噪声时，如流量测量信息常带有不规则的高频干扰信号，则不宜引入微分作用，有时甚至
5、需要引入反微分作用。,由于PID控制器有比例度、积分时间TI、微分时间TD三个参数可供选择，因而适用范围广，在温度和成分分析控制系统中得到更为广泛的应用。,适用场合：用于时滞大的场合。,理想和实际PID控制器的传递函数分别为：,PID运算规律,在实际PID控制器中，由于相互干扰系数F（）的存在,P、I、D的实际值（KPF、TIF、TD/F）与刻度值（KP、TI、TD）有差异。同时在整定某个参数时，还将影响其他参数。,阶跃响应特性,当偏差为阶跃信号时，实际PID控制器的输出为：,控制规律总结(课后思考题),液位：一般要求不高，用P或PI控制规律；流量：时间常数小，测量信息中杂有噪音，用PI或加反
6、微分控制规律；压力：介质为液体的时间常数小，介质为气体的时间常数中等，用P或PI控制规律；温度：容量滞后较大，用PID控制规律。,各类化工过程常用的控制规律如下：,例：某台PID控制器偏差为1mA时，输出表达式为（t单位为分钟）。试问：（1）这是什么控制规律？（2）求出控制器各个控制参数。（3）画出其开环输出特性图。,举例：,(1)PD控制规律。(2)由题意得：,解：,解之得：KC=2，KD=5，TD=5。,(3)开环输出特性曲线：因为 KCA=2，KCKDA=10所以 曲线如右图所示,基本控制规律的实现方法-无源RC电路,RC电路,传递函数,阶跃响应,运算种类,P,I,D,PD,基本控制规律
7、的实现方法-运算放大电路,电路名称,原理图,运算规律,比例运算电路,积分运算电路,电路名称,运算规律,微分运算电路,比例积分运算电路,原理图,电路名称,原理图,运算规律,比例运算电路(同相输入),比例微分运算电路,控制器对输入信号与给定信号的偏差进行PID运算，因此应包括偏差检测和PID运算两部分电路。,偏差检测电路通常称为输入电路。偏差信号一般采用电压形式，所以输入信号和给定信号在输入电路内都是以电压形式进行比较。输入电路同时还必须具备内外给定电路的切换开关，正、反作用切换开关和偏差指示（或输入、给定分别指示）等部分。,PID运算电路是实现控制器运算规律的关键部分。,PID控制器的构成,PID运算电路的构成方式,（1）由放大器和PID反馈电路构成的PID运算电路,设放大器和反馈电路传递函数分别为K和Wf(s)，PID运算电路传递函数,（2）串联组成的PID运算电路,（3）并联组成的PID运算电路,（4）串并联混合式PID运算电路,
