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1、最基本的控制方法最基本的控制方法最基本的控制方法最基本的控制方法PIDPIDPIDPID控制控制控制控制控制器控制器受控对象受控对象检测装置检测装置给定 输入给定 输入 反馈信号控制量误差输出反馈信号控制量误差输出反馈控制系统的常见结构反馈控制系统的常见结构反馈控制系统的常见结构反馈控制系统的常见结构与人作对比：与人作对比：与人作对比：与人作对比：检测装置检测装置检测装置检测装置人的感觉器官；人的感觉器官；人的感觉器官；人的感觉器官； 控制器控制器控制器控制器人的大人的大人的大人的大脑脑脑脑； 执行机构执行机构执行机构执行机构人的四肢。人的四肢。人的四肢。人的四肢。决定系统性能的最关键部分：控
2、制器决定系统性能的最关键部分：控制器决定系统性能的最关键部分：控制器决定系统性能的最关键部分：控制器 最简单的控制方式：开关控制最简单的控制方式：开关控制最简单的控制方式：开关控制最简单的控制方式：开关控制 最常用最常用最常用最常用控制方式：控制方式：控制方式：控制方式：PIDPIDPIDPID控制控制控制控制执行机构执行机构什么是什么是什么是什么是PIDPIDPIDPID控制控制控制控制? ? ? ?PIDPIDPIDPID: : : : P P P Proportionalroportionalroportionalroportional- - - -I I I Integrelntegr
3、elntegrelntegrel- - - -D D D Derivativeerivativeerivativeerivative（比例比例比例比例- - - -积分积分积分积分- - - -微微微微分分分分）PIDPIDPIDPID控制的原理及结构简单，使用方便；控制的原理及结构简单，使用方便；控制的原理及结构简单，使用方便；控制的原理及结构简单，使用方便；PIDPIDPIDPID控制的历史悠久，产生于控制的历史悠久，产生于控制的历史悠久，产生于控制的历史悠久，产生于20202020世纪初，先后世纪初，先后世纪初，先后世纪初，先后有机械式、液动式、气动式、电子式等；有机械式、液动式、气动式
4、、电子式等；有机械式、液动式、气动式、电子式等；有机械式、液动式、气动式、电子式等；PIDPIDPIDPID控制的适应面广，生命力强，至今仍为工控制的适应面广，生命力强，至今仍为工控制的适应面广，生命力强，至今仍为工控制的适应面广，生命力强，至今仍为工程应用的主流（程应用的主流（程应用的主流（程应用的主流（80808080）。）。）。）。PIDPIDPIDPID控制的结构控制的结构控制的结构控制的结构)11 ()()()1()()()()()(sTsTKsGsEsTsTKsUdttdeKdtteKteKtuD IPD IPDIP比例作用比例作用误差e误差e积分作用积分作用微分作用微分作用控制量
5、u控制量u比例、积分、微分作用可根据需要进行不同组合，如P控制、PI控制、PD控制、PID控制。比例、积分、微分作用可根据需要进行不同组合，如P控制、PI控制、PD控制、PID控制。例：水温调节系统例：水温调节系统例：水温调节系统例：水温调节系统控制输入：进水口的热水流量与冷水流量之比控制输入：进水口的热水流量与冷水流量之比控制输入：进水口的热水流量与冷水流量之比控制输入：进水口的热水流量与冷水流量之比 受控变量：出水口的水温受控变量：出水口的水温受控变量：出水口的水温受控变量：出水口的水温 控制目标：保持出水温度基本恒定控制目标：保持出水温度基本恒定控制目标：保持出水温度基本恒定控制目标：保
6、持出水温度基本恒定 各种扰动：进水口水温和水压的波动、环境温度各种扰动：进水口水温和水压的波动、环境温度各种扰动：进水口水温和水压的波动、环境温度各种扰动：进水口水温和水压的波动、环境温度 变化、用户的用水量变化变化、用户的用水量变化变化、用户的用水量变化变化、用户的用水量变化等等等等热水热水冷水冷水温热水调节阀温热水调节阀水温反馈控制系统水温反馈控制系统水温反馈控制系统水温反馈控制系统总的控制思路：若水温偏低，则增大控制输总的控制思路：若水温偏低，则增大控制输总的控制思路：若水温偏低，则增大控制输总的控制思路：若水温偏低，则增大控制输入，即增大热入，即增大热入，即增大热入，即增大热/ / /
7、 /冷水流量的比值；反之，若水温偏冷水流量的比值；反之，若水温偏冷水流量的比值；反之，若水温偏冷水流量的比值；反之，若水温偏高，则减小控制输入。高，则减小控制输入。高，则减小控制输入。高，则减小控制输入。热水冷水温热水调 节 阀热水冷水温热水调 节 阀水温检测水温检测控制装置控制装置期望 水温期望 水温水温调节的比例控制作用水温调节的比例控制作用水温调节的比例控制作用水温调节的比例控制作用若水温偏低，则水温低得越多，就使控制输若水温偏低，则水温低得越多，就使控制输若水温偏低，则水温低得越多，就使控制输若水温偏低，则水温低得越多，就使控制输入增大得越多；反之，若水温偏高，则水温高入增大得越多；反
8、之，若水温偏高，则水温高入增大得越多；反之，若水温偏高，则水温高入增大得越多；反之，若水温偏高，则水温高得越多，就使控制输入减小得越多。得越多，就使控制输入减小得越多。得越多，就使控制输入减小得越多。得越多，就使控制输入减小得越多。 即控制量的大小大致与偏差成比例。即控制量的大小大致与偏差成比例。即控制量的大小大致与偏差成比例。即控制量的大小大致与偏差成比例。热水冷水温热水调 节 阀热水冷水温热水调 节 阀水温检测水温检测比例控制比例控制期望 水温期望 水温比例控制的特点比例控制的特点比例控制的结构最简单，只有一个比例系数，比例控制的结构最简单，只有一个比例系数，比例控制的结构最简单，只有一个
9、比例系数，比例控制的结构最简单，只有一个比例系数，可以使输出在有扰动的情况下基本恒定。可以使输出在有扰动的情况下基本恒定。可以使输出在有扰动的情况下基本恒定。可以使输出在有扰动的情况下基本恒定。 比例系数的设置应适当，过小会调节作用太比例系数的设置应适当，过小会调节作用太比例系数的设置应适当，过小会调节作用太比例系数的设置应适当，过小会调节作用太弱，系统变化过于缓慢，并产生较大误差；过弱，系统变化过于缓慢，并产生较大误差；过弱，系统变化过于缓慢，并产生较大误差；过弱，系统变化过于缓慢，并产生较大误差；过大就会调节过头，偏差的一点点变化会对应产大就会调节过头，偏差的一点点变化会对应产大就会调节过
10、头，偏差的一点点变化会对应产大就会调节过头，偏差的一点点变化会对应产生很大的控制作用，容易引起系统输出上下波生很大的控制作用，容易引起系统输出上下波生很大的控制作用，容易引起系统输出上下波生很大的控制作用，容易引起系统输出上下波动，即发生振荡。动，即发生振荡。动，即发生振荡。动，即发生振荡。 比例系数的确定是在响应的快速性与平稳性之比例系数的确定是在响应的快速性与平稳性之比例系数的确定是在响应的快速性与平稳性之比例系数的确定是在响应的快速性与平稳性之间进行折衷。间进行折衷。间进行折衷。间进行折衷。 比例调节基于偏差，不可能完全消除偏差。比例调节基于偏差，不可能完全消除偏差。比例调节基于偏差，不
11、可能完全消除偏差。比例调节基于偏差，不可能完全消除偏差。水温调节的积分控制作用水温调节的积分控制作用水温调节的积分控制作用水温调节的积分控制作用若水温低于期望值，则将输入增大一些，如果若水温低于期望值，则将输入增大一些，如果若水温低于期望值，则将输入增大一些，如果若水温低于期望值，则将输入增大一些，如果还没有达到，就再增大一些，这样一点一点地调还没有达到，就再增大一些，这样一点一点地调还没有达到，就再增大一些，这样一点一点地调还没有达到，就再增大一些，这样一点一点地调节，直到水温合适为止；控制输入包含对偏差的积节，直到水温合适为止；控制输入包含对偏差的积节，直到水温合适为止；控制输入包含对偏差
12、的积节，直到水温合适为止；控制输入包含对偏差的积分，即偏差在时间上的累积，可以最终消除偏差。分，即偏差在时间上的累积，可以最终消除偏差。分，即偏差在时间上的累积，可以最终消除偏差。分，即偏差在时间上的累积，可以最终消除偏差。热水冷水温热水调 节 阀热水冷水温热水调 节 阀水温检测水温检测控制装置控制装置期望 水温期望 水温积分控制的特点积分控制的特点只要偏差不为零，偏差就不断累积，从而使控制只要偏差不为零，偏差就不断累积，从而使控制只要偏差不为零，偏差就不断累积，从而使控制只要偏差不为零，偏差就不断累积，从而使控制量不断增大或减小，直到偏差为零为止。量不断增大或减小，直到偏差为零为止。量不断增
13、大或减小，直到偏差为零为止。量不断增大或减小，直到偏差为零为止。积分作用一般和比例作用配合组成积分作用一般和比例作用配合组成积分作用一般和比例作用配合组成积分作用一般和比例作用配合组成PIPIPIPI调节器，并调节器，并调节器，并调节器，并不单独使用，原因是积分控制作用比较缓慢。不单独使用，原因是积分控制作用比较缓慢。不单独使用，原因是积分控制作用比较缓慢。不单独使用，原因是积分控制作用比较缓慢。例如，水温很低，也就是偏差很大，本应该大幅度增例如，水温很低，也就是偏差很大，本应该大幅度增例如，水温很低，也就是偏差很大，本应该大幅度增例如，水温很低，也就是偏差很大，本应该大幅度增大输入量，使水温
14、尽快上升，但若只有积分控制，则输入大输入量，使水温尽快上升，但若只有积分控制，则输入大输入量，使水温尽快上升，但若只有积分控制，则输入大输入量，使水温尽快上升，但若只有积分控制，则输入量只能逐渐增大，水温上升缓慢；而比例作用则是误差越量只能逐渐增大，水温上升缓慢；而比例作用则是误差越量只能逐渐增大，水温上升缓慢；而比例作用则是误差越量只能逐渐增大，水温上升缓慢；而比例作用则是误差越大，控制作用越强。大，控制作用越强。大，控制作用越强。大，控制作用越强。比例控制是最基本的、不可缺少的控制作用，积比例控制是最基本的、不可缺少的控制作用，积比例控制是最基本的、不可缺少的控制作用，积比例控制是最基本的
15、、不可缺少的控制作用，积分控制只是配合比例控制起作用。分控制只是配合比例控制起作用。分控制只是配合比例控制起作用。分控制只是配合比例控制起作用。水温调节的微分控制作用水温调节的微分控制作用水温调节的微分控制作用水温调节的微分控制作用若扰动使水温开始升高，则应降低热若扰动使水温开始升高，则应降低热若扰动使水温开始升高，则应降低热若扰动使水温开始升高，则应降低热/ / / /冷水比冷水比冷水比冷水比值，且升温速度越快，降低越多；反之若水温要降值，且升温速度越快，降低越多；反之若水温要降值，且升温速度越快，降低越多；反之若水温要降值，且升温速度越快，降低越多；反之若水温要降低，则应增大热低，则应增大
16、热低，则应增大热低，则应增大热/ / / /冷水比值，且降低速度越快，增冷水比值，且降低速度越快，增冷水比值，且降低速度越快，增冷水比值，且降低速度越快，增大越多。即控制作用与水温的变化率成正比。大越多。即控制作用与水温的变化率成正比。大越多。即控制作用与水温的变化率成正比。大越多。即控制作用与水温的变化率成正比。热水冷水温热水调 节 阀热水冷水温热水调 节 阀水温检测水温检测控制装置控制装置期望 水温期望 水温微分控制的特点微分控制的特点微分控制是基于偏差的变化率，水温还没有变，微分控制是基于偏差的变化率，水温还没有变，微分控制是基于偏差的变化率，水温还没有变，微分控制是基于偏差的变化率，水温还没有变，刚有变化的趋势，调节作用就开始了，所以微分刚有变化的趋势，调节作用就开始了，所以微分刚有变化的趋势，调节作用就开始了，所以微分刚有变化的趋势，调节作用就开始了，所以微分控制具有控制具有控制具有控制具有“ “超前超前超前超前” ”或或或或“ “预测预测预测预测” ”的性质，可以及时地抑的性质
