2.控制系統(tǒng)性能指標(biāo)與PID控制律-過(guò)程控制自動(dòng)化課件

,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,上一講內(nèi)容的回憶,了解典型工業(yè)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性類(lèi)型；,把握簡(jiǎn)潔被控過(guò)程的機(jī)理建模方法；,把握調(diào)整閥“氣開(kāi)、氣關(guān)”形式與流量特性的選擇原則；,把握“廣義對(duì)象”概念及其動(dòng)態(tài)特性的典型測(cè)試方法。,習(xí)題 爭(zhēng)論,對(duì)于如以以下圖的加熱爐溫度把握系統(tǒng)，試,(1)指出該系統(tǒng)中的被控變量、操縱變量、擾動(dòng)變量與把握目標(biāo);,(2)畫(huà)出該系統(tǒng)的方塊圖；,(3)選擇把握閥的“氣開(kāi)-氣關(guān)”形式;,(4)指出該把握系統(tǒng)的“廣義對(duì)象”及物理意義。,溫度把握系統(tǒng)方塊圖1,特點(diǎn),：各環(huán)節(jié)均用實(shí)際儀表、設(shè)備或裝置來(lái)表示，被控對(duì)象用,受控設(shè)備,來(lái)表示，不反映操縱變量、干擾對(duì)被控變量的影響關(guān)系。,溫度把握系統(tǒng)方塊圖2,特點(diǎn)：承受傳遞函數(shù)與環(huán)節(jié)名稱(chēng)混合表示，對(duì)象用被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性來(lái)表示。,溫度把握系統(tǒng)方塊圖3,特點(diǎn)：對(duì)象用被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性來(lái)表示，其中除把握通道外，全部干擾對(duì)被控變量的影響只用一個(gè)輸出擾動(dòng)來(lái)近似。固然，各環(huán)節(jié)可以只用傳遞函數(shù)來(lái)表示。,廣義對(duì)象的階躍響應(yīng)測(cè)試,“廣義對(duì)象”的輸入：u，輸出為T(mén)m。,假設(shè)機(jī)理建模有難度，就可承受常用的響應(yīng)測(cè)試法.,對(duì)象特性的階躍響應(yīng)測(cè)試,假設(shè)溫度測(cè)量變送器的量程為,200 400,對(duì)象特性可用以下一階,+,純滯后來(lái)表示,試確定其,K,p,T,p,。,對(duì)象特性參數(shù)確實(shí)定,假設(shè)溫度測(cè)量變送器的量程為,200 400,。,把握性能指標(biāo)與PID反響把握(PID Feedback Controllers),本講根本要求,把握仿真系統(tǒng)SimuLink的使用方法;,把握單回路把握器“正反作用”的選擇原則；,把握單回路把握系統(tǒng)的常用性能指標(biāo)；,把握PID把握律的意義及與把握性能的關(guān)系。,仿真系統(tǒng),SimuLink,的使用入門(mén),假設(shè)把握輸入u(t)與干擾輸入d(t)均為階躍信號(hào)，要求顯示輸入對(duì)被控變量y(t)及其測(cè)量z(t)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。,仿真系統(tǒng),SimuLink,的使用技巧,生疏與把握系統(tǒng)所供給的SimuLink常用模塊，如輸入信號(hào)、輸出顯示、傳遞函數(shù)模塊、常用數(shù)學(xué)函數(shù)等；,把握SimuLink運(yùn)行數(shù)據(jù)與Matlab數(shù)據(jù)平臺(tái)的聯(lián)結(jié)，以及Matlab常用的作圖方法；,把握子系統(tǒng)的封裝技術(shù)包括外觀設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)置、注釋等；,把握自定義模塊的運(yùn)行機(jī)制、設(shè)計(jì)方法與封裝技術(shù)。,把握器的“正反作用”選擇問(wèn)題,問(wèn)題：如何構(gòu)成一個(gè)負(fù)反響把握系統(tǒng)？,把握器的“正反作用”選擇,定義：當(dāng)被控變量的測(cè)量值增大時(shí)，把握器的輸出也增大，則該把握器為“正作用”；否則，當(dāng)測(cè)量值增大時(shí)，把握器輸出反而削減，則該把握器為“反作用”。,選擇要點(diǎn)：使把握回路成為“負(fù)反響”系統(tǒng)。選擇方法為：,1假設(shè)檢驗(yàn)法，先假設(shè)把握器的作用方向，再檢查把握回路能否成為“負(fù)反響”系統(tǒng)；,2回路判別法，先畫(huà)出把握系統(tǒng)的方塊圖，并確定回路除把握器外的各環(huán)節(jié)作用方向，再確定把握器的正反作用。,回路為負(fù)反響的條件：。,把握器的作用方向選擇：假設(shè)檢驗(yàn)法,依據(jù)把握閥的“氣開(kāi)氣關(guān)”的選擇原則，該閥應(yīng)選“氣開(kāi)閥”，即：u Rf.(Why?),假設(shè)溫度把握器為正作用，即：Tm u；則,結(jié)論：該把握器的作用方向不能為正作用，而應(yīng)為反作用.,把握器的作用方向選擇：回路判別法,回路判別法的要點(diǎn)：,1反響回路中負(fù)增益環(huán)節(jié)包括比較器數(shù)為奇數(shù)；,2對(duì)把握器而言，“正作用”是指Tm u。,把握系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià),仿真程序見(jiàn)./Simulation/PIDControl/PControlLoop.mdl,爭(zhēng)論：如何評(píng)價(jià)或比較不同把握系統(tǒng)的性能？,把握系統(tǒng)常用的性能指標(biāo),穩(wěn)態(tài)余差：,衰減比：,振蕩周期T,調(diào)整時(shí)間 ts,上升時(shí)間,t,r,峰值時(shí)間,t,p,.,把握系統(tǒng)常用的性能指標(biāo)續(xù),偏差平方值積分,偏差確定值積分,偏差確定值與,時(shí)間乘積的積分,PID 把握器,純比例把握器,把握器增益 Kc或比例度對(duì)系統(tǒng)性能的影響：增益 Kc 的增大或比例度下降，使系統(tǒng)的調(diào)整作用增加，但穩(wěn)定性下降當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，調(diào)整頻率提高、最大偏差下降；,仿真結(jié)果參見(jiàn),./Simulation/PIDControl/PControlLoop.mdl,比例增益對(duì)把握性能的影響,比例積分把握器,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是為了消退穩(wěn)態(tài)余差，但使把握系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。當(dāng)積分作用過(guò)強(qiáng)時(shí)即Ti 過(guò)小，可能使把握系統(tǒng)不穩(wěn)定。,仿真結(jié)果參見(jiàn),./Simulation/PIDControl/PILoop.mdl,積分作用對(duì)把握性能的影響,抱負(fù)的比例積分微分把握器,微分時(shí)間Td 對(duì)系統(tǒng)性能的影響,微分作用的增加即Td 增大，從理論上講使系統(tǒng)的超前作用增加，穩(wěn)定性得到加強(qiáng)，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特性一階滯后較大的廣義對(duì)象，如溫度、成份等。,微分作用對(duì)把握性能的影響,問(wèn)題：把握作用的變化過(guò)大，對(duì)噪聲敏感，如何抑制？,實(shí)際的比例積分微分把握器,其中,A,d,為微分增益,SimuLink 構(gòu)造:,PID把握系統(tǒng)仿真舉例,仿真結(jié)果參見(jiàn),./Simulation/PIDControl/PIDLoop.mdl,結(jié)論,爭(zhēng)論仿真系統(tǒng)SimuLink的使用方法;,介紹了單回路把握器“正反作用”的選擇原則；,描述了單回路系統(tǒng)的常用性能指標(biāo)；,通過(guò)仿真爭(zhēng)論了PID把握律的意義及與把握性能的關(guān)系。,思考題,對(duì)于一般的自衡過(guò)程，分析承受純比例把握器存在穩(wěn)態(tài)余差的緣由；,引入積分作用可消退穩(wěn)態(tài)余差的緣由分析，以及為什么引入積分作用會(huì)降低閉環(huán)把握系統(tǒng)的穩(wěn)定性？,引入微分作用可提高把握系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但為什么實(shí)際工業(yè)過(guò)程中應(yīng)用并不多？,如何確定PID參數(shù)？,仿真練習(xí),構(gòu)造具有初始輸出的PID把握模塊；,對(duì)以以以下圖所示的系統(tǒng)，假設(shè)穩(wěn)態(tài)時(shí)對(duì)象的輸入為50，輸出y為20。在10時(shí)刻設(shè)定值從20變?yōu)?5，試對(duì)不同把握器進(jìn)展仿真比較。,仿真練習(xí)續(xù),承受純比例把握器，分別在有噪聲和沒(méi)有噪聲的狀況下，作出Kc值為5，15和25時(shí)y相對(duì)于設(shè)定值變化的曲線；,承受Kc=2的PI把握器，Ti分別取2，1，0.5時(shí)在有噪聲和沒(méi)有噪聲的狀況下作出y相對(duì)于設(shè)定值變化的曲線；,承受Kc=2，Ti=0.5的PID把握器，試轉(zhuǎn)變Td和Ad的值并比較在不同取值狀況下以及在不同大小的噪聲干擾下y相對(duì)于設(shè)定值變化的曲線。,