第三章-简单控制系统整定

第三章简单控制系统的整定主要内容控制系统整定的基本要求工程整定法动态特性参数法稳定边界法衰减曲线法经验法§3-1控制系统整定的基本要求定义：所谓控制系统的整定，就是对于一个已经设计并安装就绪的控制系统，通过控制器参数（δ[Kc]、TI、TD)的调整，使得系统过渡过程达到最为满意的质量指标要求。本质：调整调节器参数使其与被控对象特性相匹配，以达到最佳控制效果。前提：方案设计合理，仪表选择正确，安装正确。指标：单项指标综合指标控制器参数整定的方法：理论计算方法应用控制原理的方法（微分方程、频率法、根轨迹法等），在已知质量指标和对象特性，通过理论计算方法，计算控制器的最佳参数。可靠性差、复杂、繁琐；工程整定方法直接在闭合的控制回路中对控制器参数进行整定。实用、简单。四种常见的工程整定方法：动态特性参数法（反应曲线法）稳定边界法（临界比例度法）衰减曲线法经验法§3-3控制系统的整定一、动态特性参数法（反应曲线法）在系统开环并稳定的情况下的通过手操产生一阶跃变化记录下被控变量y随时间变化的曲线，如左图过A（拐点）作切线，并得出τ、Τ代入公式。yKu()1SKGSeTS注：该方法应用前提：广义对象可用此传函表示。控制器类型控制器参数δ,%TITDP(K×τ/Τ)×100%——PI(1.1K×τ/Τ)×100%3.3τ—PID(0.85K×τ/Τ)×100%2τ0.5τ表3.1Z-N调节器参数整定公式改进柯恩-库恩整定公式（ψ=0.75）比例（P）比例积分（PI）比例积分微分（PID）1(/)0.333cKKT120.9(/)0.082/3.33(/)0.3(/)/12.2(/)cIKKTTTTTT121.35(/)0.27/2.5(/)0.5(/)/10.6(/)/0.37(/)/[10.2(/)]cIDKKTTTTTTTTTT二、稳定边界法（临界比例度法）在系统闭环情况下：TI放到最大,TD放到最小，δcr从大（100%）往小变化,每改变一次δcr施加一阶跃干扰,直至出现等幅振荡为止，如下图示,δcr称为临界比例度，Tcr称为临界周期。tyTcr控制器型控制器参数δ,%TITDP2δcr——PI2..2δcr0.85Tcr—PID0.7δcr0..5Tcr0.13Tcr表3.2稳定边界法调节器参数整定公式应用时：按表算出控制器参数，先将δ放在比计算值大20%的数值上，再依次放上TI,TD，最后再将δ放回计算数值上，加干扰，观察系统的过度过程是否是4：1衰减，若存在问题，可对δ进行调整，直到过度过程呈4：1衰减。三、衰减曲线法在系统闭环情况下：TI放到最大,TD放到零，δ从大（100%）往小变化,每改变一次δ施加一阶跃干扰,直至出现4:1（或10:1)衰减振荡为止，如上图示,记录此时的例度δs和振荡周期性Ts。控制器类型控制器参数δ,%TITDPδs——PI1..2δs0.5Ts—PID0.8δs0..3Ts0.1Ts表3.3衰减曲线法调节器参数整定公式当Ψ=0.75时Ψ=0.9时，δ相同PI中，TI=2TrPID中，TI=1.2Tr,TD=0.4Tr,Tr按表算出控制器参数，先将δ放在比计算值大20%的数值上，再依次放上TI,TD，最后再将δ放回计算数值上，加干扰，观察系统的过度过程是否是4：1衰减，若存在问题，可对δ进行调整，直到过度过程呈4：1衰减。参数设定过程动态特性参数法整定的特殊问题等效调节器广义对象PC气开+Gm(S)Go(S)Gv(S)Gc(S)++mA%mA例题:有一个蒸气加热器温度控制系统，当电动Ⅲ型控制器的手动输出电流从6mA突然增加到7mA时，加热器温度从原先稳态值85.0℃上升到新的稳态值87℃。所用测温仪的量程为50～100℃。试验得τ=1.2min,T=2.5min.若采用PI控制器，其参数整定应为多少？如果改用PID控制器，其参数整定又应为多少？解：由已知条件可得：Δu=7-6=1(mA)Δy=87-85=2(℃)Km=(20-4)/(100-50)=16/50(mA/℃)根据公式：K=2℃/mA当采用PI控制器时：δ%=（1.1K×τ/T）x100%=(1.1×2×1.2/2.5)x100%=105.6%δ’=δ/Kmδ=33.8%Ti=3.3τ=3.3×1.2=3.96(min)当采用PID控制器时：δ’%=（0.85Kτ/T）×100%=(0.85×2×1.2/2.5)×100%=81.6%,δ%=26.1%Ti=2τ=2×1.2=2.4(min)TD=0.5τ=0.5×1.2=0.6(min)/Kyu四、经验法经验法是工人、技术人员在长期的生产实践中总结出来的一种整定方法，在现场行之有效，得到广泛应用。它是按被控变量的性质提出控制器参数的合适范围。系统参数δx100，%TI，minTD，min温度20~603~100.5~3流量40~1000.1~1压力30~700.4~3液面20~80五、调节器参数对调节过程的影响参数指标δTITD最大动态偏差残差衰减率振荡频率沈阳理工大学20例3.5重点：广义对象和等效调节器的区分！！！（见教材）