• t3~t4 H<G，e>0，水位上 升； 流入侧大于流出侧； 积分输出持续增大；
•t4时刻 回到初始水位 流入量大于流出量
积分调节特点
• 可以消除被调量的静态偏差。 • 过程中容易出现过调，引起被调量反复振荡，稳定性下降。
• Ti越小，积分作用越强，稳定性越差，动态偏差越大。 • 如果Ti过小，系统响应迟缓，调节时间加大。
• 积分调节不能单独使用，而是与比例调节配合使用，构成PI调节。
0.5,Ti
1,Wo
1 20s 1
P、I、PI效果比较（G单位阶跃扰动）
3
微分调节
微分调节：
动态方程：
Kd
de dt
传递函数： WD TDs
式中：TD为微分时间；
• TD越大，微分作用越强。 • 微分调节规律的输出与误差的变化速度成正比。
• t1时刻 流入量等于流出量 到达最高水位
• t1~t2 H>G，e<0，水位下降； 流入侧小于流出侧； 积分输出持续减小； 关小流入侧阀门；
•t2时刻 回到初始水位 流入量小于流出量
• t2~t3 H<G，e>0，水位下
降； 流入侧小于流出侧； 积分输出持续增大； 开大流入侧阀门；
• t3时刻 流入量等于流出量 到达最低水位
K1 1, R2 1; A 10 给定值单位阶跃响应
KC↑ δ↓
衰减率ψ ↓ 稳态误差ess↓ 超调量σ ↑ 振荡频率ω ↑
比例调节特点： • 动作迅速且始终方向正确。 • 比例带σ的大小影响着系统的稳定性和准确性。
• σ越大，静态偏差越大，准确性越差。 • σ越小，稳定性越差。
• 缺点：稳定后存在稳态偏差。
——控制器基本控制规律
C 目录 ontent 1 比例调节 3 微分调节
2 积分调节 4 课程小结
• 典型环节：比例、积分、惯性、微分、迟延、振荡。 • 典型调节规律：比例（P）、比例积分(PI)、比例微分(PD)、比例积
分微分(PID)
统计表明生产过程80%的控制可以用PID控制器构
成单回路反馈控制系统进行控制（简单控制系统）。
e
• 不能单独使用的原因：
0 • 只要被调量误差变化率为零，调
节器就不动作。
Td
• 当被调量变化以微小的速度变化
时，微分调节器不动作。
0
e0 t
t
4
课程小结
总结:
比例作用能单独地执行调节任务,并能使控 制过程趋于稳定,但使被调量产生静态偏差。
积分作用只有极少的情况(对象自平衡能力 大,惯性和迟延很小等)才能单独应用,会使控 制过程变成振荡甚至不稳定 , 但能使被调量 消除静态偏差。
微分作用不能单独使用,但能提高控制系统 的稳定性,有效地减少被调量的动态偏差。
PID控制是比例积分微分控制的简称。 是一种负反
馈控制。即控制器与广义被控对象构成的系统为闭环负
反馈系统。其作用是对输入偏差进行调节，从而缓解系
统的不平衡，使系统输出稳定。
控制器包括求偏差
控制器
和控对象 被调量y
1
比例调节
比例调节（P）： • 输出变化量与输入变化量成正比的调节器。 • 实质是典型环节的比例作用。
2
积分调节
积分调节：
动态方程： 1 edt
Ti
传递函数：
WI
1 Ti s
式中： Ti ——积分时间常数
• 只有当误差为0，调节器开度才能够保持不变。
• Ti 越小，输出的变化作用越快，积分作用越强。
• t0~t1 H>G，e<0，水位上升； 流入量大于流出量； 积分输出持续减小； 关小流入侧阀门；
• 特点： • 微分作用具有超前调节的特点 • 能提高控制过程的稳定性（减小了动态偏差） • 同样存在静态偏差 • 不能单独使用，而是和P调节配合使用，构成 PD调节。
PID调节特点分析
• P调节器输出与偏差成正比，目 的是减小偏差；I调节器的输出 与偏差的正负有关，目的是消 除偏差；D调节器输出与偏差的 变化速度有关，目的是减小流 入流出量差值，减小动态偏差。
• 传递函数
令
Kp
1
Wp
1
——调节器比例带
W Kp
比例带越大， 调节作用越弱
δ的物理意义：使调节阀开度改变100%（即从全关到全开）所需要的被调量的变化范围。
• 组成：
• 被调对象：单容水 箱
• 调节机构：流入侧 阀门
• 检测器：浮子 • 调节器：杠杆 • 执行器：阀门杆
被调量：水位H 调节量：流入量q1