e u(t)u(0) Kc
的uss＝u0 3、提高系统型次
积分调节的动作规律
二．积分调节的动作规律 I
t
u Sc
edt
0
积分调节规律是一种无差调节，采用积分调节可以 提高系统稳态控制精度，但是积分调节的过渡过程时间 很长而且会加剧系统的不稳定程度。
积分调节的动作规律
比例积分调节规律 PI
uKceSc 0tedtKceK TIc 0tedt
要掌握一个调节器，首要的问题是弄清楚它具有 什么样的调节规律，即它的输出量与输入量(偏差信 号)之间具有什么样的函数关系。
最简单的两位式调节器
例1:两位式温度控制器
两位式调节器
过程控制系统中大多数对象都 可以用下式所示的一阶加纯滞后环 节近似。
两位式调节器特性曲线
G sT1s1T2sK 0 1 Tns1TsK 1 es
结论：两位式调节时一种非常粗糙的调节方 式，结构简单精度差。
两位式调节器实例
PID控制的基本特性
一．比例调节的动作规律 P
比例控制数学表达式 ：
u(t)Kce(t)
u(t)为调节器输出的增量值， e(t) 为被控参数与给定值之差。
u Kce
纯比例调节器的阶跃响应特性
P控制的比例带
u Kce
两位式调节器
Gs K es
Ts1
使用这种调节器时 后面的执行器特别简单 ，例如控制电能时只需 要电磁开关，控制流量 时只要用通断阀便可进 行调节，因此在要求不 高的场合获得了广泛的 应用。
显然，调节对象的 滞后时间愈小，炉温的 摆动幅度就愈小，但调 节器动作频率将愈大， 有甚至会达到不能容许 的程度。
PID算法需要注意的问题
一、不完全微分算法
1、理想微分算法物理无法实现 2、执行器难以响应理想微分的输出
UDs1TDsE(s)
UD s
1
TDs
1
TD TN
s
E(s)
1
1 TD
S
是一个一阶惯性环节是误不差完信全号微先分进算行法一可阶以惯看性作滤
PID调节的动作规律
四． PID调节的动作规律
GcsU Ess11T 1I TDs
PID控制的特点
PID控制作用中，比例 作用是基础控制；微分作用 是用于加快系统控制速度； 积分作用是用于消除静差。
PID调节器的阶跃响应特性
PID控制器 取P,I,D三者的长处，与PD相比提高了系统无差度 ，与PI相比系统多了一个零点可以改善系统的动态特性。因 此PID兼顾了动静两方面要求，达到较完美的控制效果。
所以积分调节部分可以看作是自动的u0重置！
积分调节消除误差的原理
uKceSc 0tedtKceK TIc 0tedt
Gcs
Us Es
1
1 T1I s
s j
积分调节的动作规律
积分时间常数 的物理含义
uKceSc
0tedtKceK TIc
t
edt
0
积分控制的特点
当有偏差存在时，积分输出将随时间增长（或减小）； 当偏差消
Kc
当e时，控制u输 1出
比例带对系统响应的影响
u 1e
比例带对系统的影响：比例带减小系统静差将减小， 震荡频率提高响应速度加快但同时超调增大稳定性降低。
比例调节动作规律分析
u Kce
水位调节系统实例
已知水箱水位控制系统如图 所示，假设系统处于初始无偏差 状态。此时将输出水阀开度增大 ，试分析系统动态响应过程！
比例调节系统实例
自力式液位 比例控制系统
ap
b e p ae
u Kce
b
y Kce
响应分析
∆Q2
t
原来系统处于平衡，进水 h
量与出水量相等，此时进水阀
t
有一开度。
e
t=0时，出水量阶跃增加，
t
引起液位下降，浮球下移带动
进水阀开大。
p
当进水量增加到与出水量
相等时，系统重新平衡，液位
t
也不再变化。
e
比例积分积分作用具有保持
功能，故积分控制可以消除余差。
E
t
u
比例积分积分输出信号随着时
间逐渐增强，控制动作缓慢，故积
分作用不单独使用。
t
积分调节的动作规律
积分调节存在的不足
比例积分调节规律没有利用系统输出的趋势信息，没 有预测能力，导致调节效果不理想！
微分调节的动作规律
三．比例微分调节的动作规律 PD
第三章 3.1调节器仪表
一 调节器（控制器）的概念 二 最简单的两位式调节器 三 PID控制的基本特性 四 PID算法的常见问题 五 工业标准PID调节器 六 PID控制器使用中的问题
调节器(控制器)的概念
调节器 是指把测量值和给定值进行比较，得出被调
量的偏差并根据一定的调节规律产生输出信号，推动 执行器对生产过程进行自动控制的装置。
两位式调节器的滞回特性
为了降低开关动作频率两位式调节器都设置了不 灵敏区，其控制特性如图示。使用这种两位式调节器 可以使开关动作频率降低，延长执行器的寿命。
滞回调节器的响应特性
两位式调节器的特性
缺点：过程变量会围绕期望值在一定范围内 不停的震荡。
原因：两位式控制实际上是一种“断续”的 控制方式，即每当误差超出上限或低于下限时 控制器才会动作。而其他时刻，系统实际处于 开环状态。任凭被控变量缓慢波动而不调节！
de
de
uKceSDd tKceKcTDdt
u
1
eTD
de dt
G csU Ess11TDs
微分调节的预测能力
微分时间常数的物理含义
u
1
eTD
de dt
微分输出正比于TD时间后 的预测误差！
微分调节规律是一种有差调节不能单独使用，PD调节器能提 高系统的稳定度，有效抑制过渡过程的超调，而且微分的存在允 许减小比例带减小静差。但D调节不适用于变化剧烈的对象。
u
1
eT1I
t 0 e dt
GcsU Ess11T1Is
比例积分调节规律将比例的快速性与积分的消除静差 结合起来具有比较好的控制效果。
积分调节的动作规律
比例积分调节规律 PI
uKceSc 0tedtKceK TIc 0tedt
u KceT1I
t 0edt
u(t)u(0)K ce(t)
比例控制 u0中 为T1的 i ed所 t 取代！
∆Q1
t
比例调节动作规律分析
比例控制特点：
控制及时、适当。只要有偏差，
输出立刻成比例地变化，偏差越大， 输出的控制作用越强。
控制结果存在静差。因为，如
果被调量偏差为零，调节器的输出 也就为零
u = KC e
比例调节在什么情况下可以达到稳态无差？
u(t)u(0)Kce
1、KC趋于无穷大 2、使稳态误差等于0