4PID调节原理本章学习内容4.1PID控制概述4.2比例调节4.3积分调节4.4微分调节4.5比例积分微分调节（PID调节）4.6数字PID控制4.7PID调节器参数的工程整定4.8智能PID控制方法4.1PID控制概述反馈控制反馈控制常规PID控制系统的原理输入：控制偏差e(t)=r(t)-y(t)输出：偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)的线性组合PID控制的优点①原理简单，使用方便；②适应性强；③鲁棒性强；控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。④对模型依赖少。4.2.1比例调节的动作规律，比例带在P调节中，调节器的输出信号u与偏差信号e成比例，即，u=Kpe（4.3）式中Kp称为比例增益P调节的阶跃响应比例带为表示调节器输入和输出之间的比例关系，在过程控制中习惯用比例带（比例度）δ来代替比例增益：δ具有重要的物理意义u代表调节阀开度的变化量，δ就代表使调节阀开度改变100%即从全关到全开时所需要的被调量的变化范围。例如，若测量仪表的量程为100℃则δ＝50%就表示被调量需要改变50℃才能使调节阀从全关到全开。当被调量处在“比例带”以内调节阀的开度(变化)才与偏差成比例。超出这个“比例带”以外调节阀已处于全关或全开的状态，调节器的输入与输出已不再保持比例关系。如果采用单元组合仪表，调节器的输入和输出都是统一的标准信号，即，则有此时比例带（比例度）δ与比例增益成反比，比例带小，则较小的偏差就能激励调节器产生100%的开度变化，相应的比例增益就大。4.2.2比例调节的特点，有差调节这里的杠杆充当了比例调节器：液位变化e是其输入；阀杆位移△u是其输出；调节器的比例增益为：余差（或静差）是指：被调参数的新的稳定值与给定值不相等而形成的差值。余差的大小与调节器的放大系数K或比例带δ有关放大系数越小，即比例带越大，余差就越大；放大系数越大，即比例带越小，比例调节作用越强，余差就越小。4.2.3比例带对于调节过程的影响比例调节的特点：（1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一对应的比例关系，即：u=Ke（2）比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。（3）比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。若对象较稳定（对象的静态放大系数较小，时间常数不太大，滞后较小）则比例带可选小些，这样可以提高系统的灵敏度，使反应速度加快一些；相反，若对象的放大系数较大，时间常数较小，滞后时间较大则比例带可选大一些，以提高系统的稳定性。比例带的选取，一般情况下，比例带的范围大致如下：压力调节：30~70%流量调节：40~100%液位调节：20~80%温度调节：20~60%4.3.1积分调节动作规律调节器的输出信号的变化速度du/dt与偏差信号e成正比，或者说调节器的输出与偏差信号的积分成正比，即：积分调节的阶跃响应图示的自力式气压调节阀就是一个简单的积分调节器：管道压力P是被调量，它通过针形阀R与调节阀膜头的上部空腔相通，而膜头的下部空腔则与大气相通。改变针形阀的开度可改变积分速度S04.3.2积分调节的特点，无差调节积分调节的稳定性它的稳定作用比P调节差，采用积分调节不可能得到稳定的系统。积分调节的滞后性它的滞后特性使其难以对干扰进行及时控制，所以一般在工业中，很少单独使用I调节，而基本采用PI调节代替纯I调节。采用积分调节时，控制系统的开环增益与积分速度S0成正比。增大积分速度降低系统的稳定程度。积分速度（积分常数）的大小对调节过程影响：增大积分速度调节阀的速度加快，但系统的稳定性降低当积分速度大到超过某一临界值时，整个系统变为不稳定，出现发散的振荡过程。S0愈大，则调节阀的动作愈快，就愈容易引起和加剧振荡，而最大动态偏差则愈来愈小。减小积分速度调节阀的速度减慢，结果是系统的稳定性增加了，但调节速度变慢当积分常数小到某一临界值时，调节过程变为非振荡过程。无论增大还是减小积分速度，被调量最后都没有残差比例调节和积分调节的比较：比例调节是有差调节，积分调节是无差调节比例调节能立即响应偏差变化积分调节调节过程缓慢∴当被调参数突然出现较大的偏差时比例调节能立即按比例把调节阀的开度开得很大但积分调节器需要一定的时间才能将调节阀的开度开大或减小∴如果系统干扰作用频繁，积分调节会显得十分乏力单独的积分调节系统较罕见，它作为一种辅助调节规律与比例调节一起组成比例积分调节规律。图4.8P与I调节过程的比较调节器的输出u与被调量或其偏差e对于时间的导数成正比，即D调节的阶跃响应调节器在t=t0时刻，输入阶跃偏差e，偏差的变化速度为：如加热炉温度自动调节,当温度低于给定值时