12控制器规律

PID_调节比例积分微分作用的特点和规律总结PID控制器是一种广泛应用于工业控制中的自动控制策略。

PID控制器通过调节比例、积分和微分三个参数来实现对系统的控制。

调节比例（Proportional, P）、积分（Integral, I）和微分（Differential, D）是PID控制的三种主要作用，各自具有不同的特点和规律。

下面将详细总结PID调节比例、积分和微分作用的特点和规律，以帮助读者更好地理解和应用PID控制器。

一、调节比例作用特点和规律：1.特点：调节比例用于根据误差信号的大小来确定控制输出。

调节比例的增大会使控制器对误差信号的响应更迅速，但过大的调节比例会引起系统的超调和不稳定。

2.规律：调节比例的增大会提高系统的响应速度，加快系统的动态过程。

调节比例的增大会提高系统的静态精度，减小稳态误差。

调节比例的增大会提高系统的稳定性，但当调节比例过大时，系统容易产生振荡。

调节比例的选择要根据具体应用场景，结合系统的动态特性和稳定性需求进行权衡。

二、积分作用特点和规律：1.特点：积分作用用于根据误差信号的累积量来进行调节，可以消除系统的稳态误差，提高系统的静态精度。

积分作用具有记忆效应，可以积累误差信号，使得控制器能够对系统在过去一段时间内的误差进行补偿。

过大的积分作用会导致系统反应过度，引起振荡或不稳定。

2.规律：积分作用可以消除系统的稳态误差，提高系统的静态精度。

积分作用会延长系统的调整时间，增大系统的超调量。

积分作用的增大会提高系统的响应速度和稳定性。

积分作用的选择要综合考虑系统的响应速度、稳态误差和稳定性需求，避免过度积分导致系统不稳定。

三、微分作用特点和规律：1.特点：微分作用用于根据误差信号的变化率来预测系统的未来发展趋势，从而对控制输出进行调节。

微分作用可以提高系统的稳定性和减小超调量，但过大的微分作用会引起震荡和系统的不稳定。

微分作用对高频噪声敏感，可能会放大噪声信号。

2.规律：微分作用可以提高系统的稳定性和减小超调量，使系统的动态过程更趋于平稳。

浅析PID几种控制规律的作用PID控制是自动控制中产生最早的控制方法，同时也是在实际工程中应用最为广泛的一种控制方法，在电厂单元制机组的热工控制系统中,绝大部分都是采用PID控制（比如，给水控制系统，过热汽温控制、除氧器水位控制等）。

尽管PID控制已经上了经典教科书，但由于它的简单与实际中良好的应用效果，人们仍在不断研究PID控制器的设计方法（包括各种自适应控制、最优控制等）。

笔者在一些参考书上经常看到讲述比例、积分、微分的调节作用，但书中作者只给出了三种调节规律作用的结果，让读者不知其结论背后的原因。

下面笔者就从理论的角度结合实际的例子来讲述以下这几种调节规律背后的来龙去脉。

(1) 比例调节规律的作用是：偏差一出现就能及时调节，但调节作用同偏差量是成比例的，调节终了会产生静态偏差（静差）。

(2) 积分调节规律的作用是：只要有偏差，就有调节作用，直到偏差为0，因此它能消除静态偏差，但积分作用过强，会使调节作用过强，引起被调参数超调，甚至产生振荡。

(3) 微分调节规律的作用是：根据偏差变化的速度进行调节，因此能提前给出较大调节作用，大大减小了系统的动态偏差量及调节过程时间，但微分作用过强，又会使调节作用过强，引起系统超调和振荡。

这三种调节规律的整定原则是：就每一种调节规律而言，在满足生产要求的情况下，比例作用要强一些，积分作用要强一些，微分作用也要强一些，当同时采用这三种调节规律时，三种调节作用应适当减弱，但微分时间一般取积分时间的1/4~1/3。

正文：1 比例调节规律：将控制对象近似一个比例环节，比例系数为K比例控制作用是指控制器的输出与输入成比例关系。

它的动态方程为μ(t)=Kpe(t) μ(t)= e(t)μ(t)——执行机构的移（即控制器的输出）；e(t)——给定值与被控量的偏差，e(t)=g-y;Kp——比例系数或比例增益；——比例带；用传递函数表示为：Wp(s)= =Kp=比例控制作用的动作规律是：偏差e(t)越大，执行机构输出位移μ(t)也愈大；偏差e(t)的变化速度愈大，执行机构输出位移的速度也愈大比例控制作用的特点是动作快，对干扰有及时和很强的控制作用；但由于执行机构的位移μ(t)与被控控量的偏差e(t)有一一对应的关系，所以控制的结果是被控量存在静态偏差。

⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎰dt deT edt T e P y D 1111.自控系统环节,作用?被控对象:被控制的设备或装置.被控变量:需要对其进行控制的工艺变量.操纵变量:受执行机构操纵用于克服扰动影响的变量.扰动:影响被控变量的各种扰动作用.检测变送:把被测出来并转换成标准信号,送控制器.控制器:根据设定值与测量值间偏差按控制规律输出信号的设备.执行器:接受控制器输出信号控制操纵变量的设备.2.按给定值控制系统可分哪几类?可分为开环控制系统和闭环控制系统.其中闭环控制系统按其设定值不同可分为1定值控制系统2随动控制系统3程序控制系统3.什么是自动系统过渡过程?有哪几种分类?系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程为过渡过程.形式：稳定系统的过渡过程：单调衰减过程、振荡衰减过程；不稳定系统的过渡过程：振荡发散过程；临界稳定系统的过渡过程：等幅振荡过程；4.自控系统衰减振荡过渡过程品质指标?影响因素? 1) 衰减比n ：前后相临两个峰值的比。

2)超调量：指被调量的第一个波峰与新稳态值之差。

3）最大动态偏差：被控变量偏离给定值最大数值。

4）余差（残差）：过渡过程终了时，被控变量所达到的新稳态于给定值之间的偏差，亦即过渡过程终了时的剩余偏差。

5）调节时间：过度过程同向两波峰或波谷之间的间隔时间，其倒数为振荡频率 影响因素:被控对象和自动调节装置.5.什么是对象特征?研究对象特征的目的是什么?答：对象的动态特征：描述对象特征的数学模型。

即输入和输出的函数关系，研究控制对象的动态特性对控制系统的研究具有重要的理论和实践意义，如判断系统的稳定性和为控制系统选配合适的控制仪表以及控制系统的参数调整等。

6.反映对象特性的参数有哪些?物理义意,对控制系统影响?1放大系数K:是当对象达到稳态时把输入量放大的倍数.K 越大被控变量对输入量越灵敏.2时间常数T:对象输出以是大变化速度达到新的稳定值所需时间.T 越长调节时间越长.3自衡度:控制对象受扰动后,被控量的变化引起物质或能量的流量产生变化,而使自身恢复到平衡态的能力.自衡度越大说明系统的自我调节能力强.4灵敏度:对象受到干扰平衡破坏后被调量的变化速度.灵敏度越大,系统的调节速度越快.5滞后时间:传递滞后t0由于传出距离导致被控量的变化比控制量的变化所落后的时间长度.t0越长调节时间越长恢复时间就越长.7.什么是控制器规律?控制器有哪些规律?控制器规律又称控制特性,是指控制器的输入与输出的关系U(t)=f(e(t)基本控制规律:位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。

1、什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？过程控制系统：一般指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成分等这样一些变量的系统。

组成：过程控制系统=检测和控制仪表+被控过程2、过程控制的主要任务是什么？过程控制有哪些特点？任务：对生产过程中的重要参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度等）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化。

特点：1.控制对象复杂、控制要求多样2．控制方案丰富3．控制对象大多属于慢过程4．大多数工艺要求定值控制5．大多使用标准化的检测、控制仪表及装置。

3、过程控制系统的分类？按设定值的形式分类：1）定值控制系统——设定值恒定不变。

2）随动控制系统——设定值随时可能变化。

3）程序控制系统——设定值按预定的时间程序变化。

按系统的结构特点分类：1）反馈控制系统（闭环控制系统）2）前馈控制系统（开环控制系统）3）复合控制系统4、什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？稳态—把被控变量不随时间变化的平衡状态称为系统的稳态（静态）。

静态特性—静态时系统各环节的输入输出关系。

动态—把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。

动态特性—在动态过程中系统各环节的输入输出变化关系。

静态特性和动态特性都是反映被控参数与控制变量之间的关系，不同点是一个处于静态一个处于动态过程，而这两种过程又是控制系统正常运行中的两种不同状态，只有综合两种性能指标才能反映出一个系统的特性与品质。

5、为什么常选用阶跃信号进行系统分析？阶跃信号的输入突然，对被控变量的影响也最大。

如果一个控制系统能够有效地克服这种干扰，那么对其它比较缓和的干扰也能很好地克服。

阶跃信号的形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。

故更多使用阶跃信号。

6、什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？控制规律是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。

基本控制规律有：位式控制、P调节、PI调节、PD调节、PID调节。

第3章习题(xítí)与思考题3-1 什么(shén me)是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？解答(jiědá)：1）控制(kòngzhì)规律：是指控制器的输出(shūchū)信号与输入偏差信号之间的关系。

2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。

3-2 双位控制规律是怎样的？有何优缺点？解答：1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。

2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。

这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。

3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。

3-3 比例控制为什么会产生余差？解答：产生余差的原因：比例控制器的输出信号y与输入偏差e之间成比例关系：为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。

3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。

为什么积分控制能消除余差？解答：1）积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：2）当有偏差存在(c únz ài)时，输出信号将随时间增大（或减小）。

当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。

因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。

3-5 什么是积分(j īf ēn)时间？试述积分时间对控制过程的影响。

解答(ji ěd á)：1）⎰=edt T y 11 积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。

只有(zh ǐy ǒu)当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。