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1、典型环节及传递函数基本PID控制器及调节过程,典型环节及传递函数,（1）比例环节,微分方程：,传递函数：,（2）惯性环节（一阶系统）微分方程：,传递函数：,（3）积分环节 微分方程：,传递函数：,（4）微分环节 微分方程：,传递函数：,传递函数：,（5）延迟环节 微分方程：,（6）振荡环节（二阶系统）微分方程：,传递函数：,基本PID控制器及调节过程,控制器是根据给定值和测量值的偏差e按照预定的规律进行运算，输出调节量P对被控对象进行调节。,断续控制：双位、三位连续控制：比例、比例积分、比例微分、比例积分微分,一、比例控制,1.比例控制器的特性,微分方程：,传递函数：,比例控制的特点,（1）调
2、节及时（2）有静差（残差）,2.比例带,（1）比例范围：控制器输出从0%100%变化时对应的被控变量值的变化范围。,（2）比例带：使控制器输出作100%变化时，输入信号的改变占全量程的百分数。,对于一定的控制器，输入和输出的量程不变,如果输入和输出量程相同,当控制器输入和输出量程相同，比例带为比例增益的倒数。,比例带举例：已知一比例温度调节器，输入量程为050OC，输出为010mA，当输入为2030OC时，对应输出为28mA，求该温度调节器的比例带。解：,3.比例带对调节过程的影响,（1）非常大，则比例增益kc很小，比例作用很弱，系统稳定性好，但静差大。,结论：越小，比例作用越强，系统的 稳定
3、性越差，系统的静差越小。,（2）合适，系统输出为一衰减振荡。,（3）当减小达到临界值k，系统输出一等幅振荡。,（4）当再减小，系统输出一发散振荡。,施加一幅值为8的阶跃干扰信号,二、比例积分控制,1.积分控制器特性：输出与输入的积分呈正比,特点：（1）能消除静差（2）动作慢,2.比例积分控制器的特性,特点：（1）能消除静差（2）动作快,3.积分速度对调节过程的影响,TI 大说明积分作用弱，TI 小说明积分作用强。,（1）积分时间TI：偏差e为阶跃输入信号，当积分输出增长到与比例输出相等时，所需要的时间。,积分时间TI太大，积分作用太弱，当 积分作用为0，输出为一比例调节。,（2）积分时间对调节
4、过程的影响,积分时间由大到小,积分时间TI合适，可得到较好的衰减振荡，并可消除静差。,积分时间TI小，积分作用强，易引起系统振荡。,结论：比例作用在引入积分作用的同时，消除了系统的静差，但降低了原有系统的稳定性，为了保持与原有比例作用相同的稳定性，必须适当增大比例带。,分别取：,三、比例微分控制,1.微分控制器特性：输出与输入的微分成正比,微分方程：,传递函数：,特点:（1）输出反应偏差的变化率，具有预调节作用。（2）不能消除静差，当偏差变化缓慢时，微分作用也很弱。,2.比例微分控制,微分方程：,传递函数：,具有饱和微分环节传递函数：,3.微分时间对控制过程的影响,Td大，微分作用强，Td大小
5、微分作用弱。,（1）微分时间：输入量为斜坡函数，使比例项的输出等于微分项时所需的时间。,（2）微分时间对控制过程的影响,Td大，微分作用太强，系统稳定性下降。,Td合适，有预调节作用，改善调节品质,Td太小，微分作用弱，Td=0，微分作用为0,一般而言，比例微分控制系统随着微分时间Td的增大，其稳定性提高，但当Td超过某一值时，系统反而变的不稳定。,总结：,当比例作用加入微分作用，可使系统趋向稳定，为了得到与原来比例作用相同的稳定性，可适当降低比例带，从而减小静差。,PPD,分别取：,四、比例积分微分控制规律,微分方程：,传递函数：,五、调节规律的选择,被控对象时间常数较大，应引入微分环节。若允许有残差，可选用PD，否则选用PID。,若被控对象的传递函数为，则可根据/T的值来确定控制算法。,被控对象时间常数较小，负荷变化不大，若允许有残差，可选用P，否则选用PI。,被控对象时间常数和纯滞后较大，负荷变化较大。此时简单控制不能满足要求，应选用复杂控制。,
