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1、第一章第一章 模拟式控制器模拟式控制器第一节第一节 控制器的运算规律和构成方式控制器的运算规律和构成方式第二节第二节 基型控制器基型控制器 第三节第三节 特种控制器和附加单元特种控制器和附加单元1n控制器运算规律控制器运算规律P、I、D、PI、PD、PIDn基型控制器各个电路框图和原理图分析基型控制器各个电路框图和原理图分析n特种控制器电路原理图分析特种控制器电路原理图分析n附加单元电路原理图分析附加单元电路原理图分析本章重点内容介绍本章重点内容介绍v积分反馈型积分限幅控制器vPI-P切换控制器v偏差报警单元v输出限幅单元（务必读（务必读懂电路原懂电路原理图）理图）2 控制器控制器(也称调节器
2、也称调节器)，将来自变送器的测量值与，将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏差进行比例给定值相比较后产生的偏差进行比例 ( (P) )、积分、积分( (I) ) 、微分、微分( (D) ) 运算，并输出统一标准信号运算，并输出统一标准信号, 去控制执去控制执行机构的动作，以实现对温度、压力、流量、液位行机构的动作，以实现对温度、压力、流量、液位及其他工艺变量的自动控制。及其他工艺变量的自动控制。图图1-1 单回路控制系统方框图单回路控制系统方框图控制器控制器对象对象变送器变送器给定值给定值偏差偏差测量值测量值被控变量被控变量扰动扰动xsxiy3一、基本定义一、基本定义 正反作用、正反作用
3、、KP、TI、TD、KI、KD二、基本知识二、基本知识1. P、I、D、PI、PD等调节器阶跃响等调节器阶跃响应特性曲线的绘制应特性曲线的绘制 （会在坐标上画阶跃作用下的响应（会在坐标上画阶跃作用下的响应 曲线）曲线）2. 、TI、TD的测试方法的测试方法 （根据定义，实验方法）（根据定义，实验方法）本本节节重重点点内内容容介介绍绍第一节第一节 控制器的运算规律和组成方式控制器的运算规律和组成方式4图图1-1 单回路控制系统方框图单回路控制系统方框图控制器控制器对象对象变送器变送器给定值给定值偏差偏差测量值测量值被控变量被控变量扰动扰动xsxiy输入信号：输入信号： 测量信号和给定测量信号和给
4、定信号比较的偏差信号，信号比较的偏差信号，用用 表示。表示。 =xi-xs 输出信号：输出信号： 在偏差信号的作用在偏差信号的作用下，输出的变化量，用下，输出的变化量，用 y表示。表示。 第一节第一节 控制器的运算规律和组成方式控制器的运算规律和组成方式一、概述一、概述5第一节第一节 控制器的运算规律和组成方式控制器的运算规律和组成方式u控制器的运算规律控制器的运算规律是指控制器的输出信号是指控制器的输出信号 和输入偏和输入偏差之间差之间 随时间变化的规律。随时间变化的规律。y一、概述一、概述u 对输入偏差对输入偏差 而言，由于其初值为零，因此而言，由于其初值为零，因此u基本运算规律基本运算规
5、律有比例（有比例（P）、积分（）、积分（I）和微分（）和微分（D）三）三种，各种控制器的运算规律均由这些基本运算规律组合种，各种控制器的运算规律均由这些基本运算规律组合而成。而成。yyu 习惯上称习惯上称 0 为正偏差；为正偏差； 0 时时 0 称控制器为正作用控制器；称控制器为正作用控制器； 0 称控制器为反作用控制器。称控制器为反作用控制器。6二、二、PID控制器的运算规律控制器的运算规律 （一）（一）PIDPID运算规律的表示形式运算规律的表示形式1. 理想理想PID控制器控制器微分方程表示法微分方程表示法传递函数表示法传递函数表示法比例增益比例增益积分时间积分时间微分时间微分时间72.
6、 实际实际PID控制器控制器F 控制器变量之间的相互干扰系数，可表示为控制器变量之间的相互干扰系数，可表示为考虑相互干扰系数后的实际比例增益考虑相互干扰系数后的实际比例增益KPFTIFKIDFTKD考虑相互干扰系数后的实际积分时间考虑相互干扰系数后的实际积分时间考虑相互干扰系数后的实际微分时间考虑相互干扰系数后的实际微分时间微分增益微分增益积分增益积分增益8具有比例控制规律的控制器称为具有比例控制规律的控制器称为P P控制器，其输出控制器，其输出信号信号 与输入偏差与输入偏差（当给定值不变时，偏差就是（当给定值不变时，偏差就是被控变量测量值的变化量）之间成比例关系。被控变量测量值的变化量）之间
7、成比例关系。（二）（二）P P运算规律运算规律P P调节器调节器y或或Kp比例作用比例作用 Kp 比例作用比例作用 比例增益比例增益9 给给P调节器输入一个阶跃信号，输出调节器输入一个阶跃信号，输出 信号立即产生一个向上的跳变。信号立即产生一个向上的跳变。tytKp1Kp1呈现放大作用呈现放大作用Kp xs 进入调节器，经进入调节器，经P运算后，则有运算后，则有y去克服扰动去克服扰动f，力图使力图使 ，但是但是P调节器的输出调节器的输出y和输入和输入因成正比关因成正比关系而有相互对应关系，若想输出一定的信系而有相互对应关系，若想输出一定的信号号y去克服扰动去克服扰动f的影响，就必须有一定的输的
8、影响，就必须有一定的输入信号入信号存在。存在。16 因此，比例调节过程结束时，总存在一个因此，比例调节过程结束时，总存在一个 ， = xi xs 式中式中 xi 新稳态值新稳态值 xs给定值给定值 余差余差 所以，所以，P调节器当负荷发生变化时（调节器当负荷发生变化时（xi发生变化）发生变化），或给定值发生变化时（，或给定值发生变化时（xs发生变化）均会产发生变化）均会产生余差，其大小和比例增益有关。生余差，其大小和比例增益有关。 KP 余差余差 17练习练习1n 一台比例调节器，输入信一台比例调节器，输入信号号15V，输出信号输出信号420mA，若若=40%时，输入信号变时，输入信号变化量为
9、化量为1V，输出信号的变化量输出信号的变化量为多少？为多少？n分析分析:使用使用定义定义18n 答：答： 19练习练习2n两台比例调节器的输入范围相等，两台比例调节器的输入范围相等，输出范围相等，输出信号的变化输出范围相等，输出信号的变化量相同，第一台的输入信号的变量相同，第一台的输入信号的变化量为化量为8mA，第二台的输入信号第二台的输入信号的变化量为的变化量为4mA，两台比例调节两台比例调节器，哪一台的比例增益大？器，哪一台的比例增益大？n分析分析:使用使用KP答：答：y=KP，y相等，相等，越小，越小，KP越大，第二台的越大，第二台的KP大。大。20n练习练习3n液位控制系统采用纯比例调
10、节器，液位控制系统采用纯比例调节器，在开车前要对变送器、调节器和在开车前要对变送器、调节器和执行器进行联校，当执行器进行联校，当=20%，偏差偏差=0时，手动操作使调节器的时，手动操作使调节器的输出输出=50%，若给定信号突变，若给定信号突变5%，试问突变瞬间调节器的输出，试问突变瞬间调节器的输出处在什么位置上？处在什么位置上？n分析分析:使用使用定义定义、正反作用正反作用21n答：答：n=20%，表明表明KP=5；n给定信号突变给定信号突变5%，表明调节器的偏差信，表明调节器的偏差信号同样突变号同样突变5%;n调节器的输出信号变化量为调节器的输出信号变化量为5%5=25%，n考虑到正作用，调
11、节器的输出信号处于考虑到正作用，调节器的输出信号处于50%+25%=75%;n考虑到反作用，调节器的输出信号处于考虑到反作用，调节器的输出信号处于50%-25%=25%。22n练习练习4n某调节器的测量信号的指针由某调节器的测量信号的指针由50%下降下降到到25%时，若该调节器的比例输出信号时，若该调节器的比例输出信号由由12mADC下降到下降到8mADC，则调节器则调节器的比例带的比例带PB为多少？该调节器的作用方为多少？该调节器的作用方向是正还是负？向是正还是负？n分析：利用比例带分析：利用比例带PB定义和正反作用定义和正反作用23答：答：由比例带的定义：由比例带的定义：其中其中代入上式可
12、得：代入上式可得：当测量信号下降（当测量信号下降（50%-25%）时，输出信号也）时，输出信号也下降（下降（12mA-8mA)，输入与输出成正比例的，输入与输出成正比例的关系，故该调节器的作用是正作用。关系，故该调节器的作用是正作用。24(三三) I运算规律运算规律 I调节器调节器输出信号和输入信号对时间的积分成正比。输出信号和输入信号对时间的积分成正比。积分时间积分时间TI 积分作用积分作用 TI 积分作用积分作用 或或25 输入阶跃信号，输出信号随时间的延长不断输入阶跃信号，输出信号随时间的延长不断增加，当输入信号（偏差）结束时，输出信号增加，当输入信号（偏差）结束时，输出信号就停留在某个
13、位置上，即就停留在某个位置上，即控制器的输出才稳定控制器的输出才稳定下来。下来。 TI ，曲线斜率，曲线斜率 ，积，积 分作用分作用 ； TI ，曲线斜率，曲线斜率 ，积，积 分作用分作用 t无定位特性无定位特性TI小小TI大大ty26n输出信号和输入信号存在的有关因素：输出信号和输入信号存在的有关因素：大小大小方向方向时间时间无定位特性无定位特性无定位特性的定义是：无定位特性的定义是：当输入信号消除时，当输入信号消除时，I调节器的输出调节器的输出可以稳定在任何一个数值上。可以稳定在任何一个数值上。27I调节器的特点调节器的特点 只要偏差存在，输出就会随着时间不断地只要偏差存在，输出就会随着时
14、间不断地增长，直到增长，直到偏差消除偏差消除为止。为止。 偏差刚出现时，积分输出的反应缓慢，不偏差刚出现时，积分输出的反应缓慢，不象比例那样及时迅速，故控制作用缓慢，造成象比例那样及时迅速，故控制作用缓慢，造成控制不及时，调节过程拖长，使系统稳定裕度控制不及时，调节过程拖长，使系统稳定裕度下降。下降。 积分作用一般不单独使用，而是和比例作用积分作用一般不单独使用，而是和比例作用组合起来构成组合起来构成PIPI控制器控制器。消除余差消除余差28 ( (四四) PI) PI运算规律运算规律PIPI调节器调节器具有比例积分控制规律的控制器称为具有比例积分控制规律的控制器称为PIPI控制器。控制器。1
15、.1.理想理想PIPI控制器的特性控制器的特性或（综合两者的优点，形成（综合两者的优点，形成PI调节器）调节器）积分时间积分时间比例增益比例增益PI调节器的特点调节器的特点 输出信号响应速度快，消除余差。输出信号响应速度快，消除余差。29 输入阶跃信号，输入阶跃信号， 开始一瞬间，输出信号向上跳跃一下，开始一瞬间，输出信号向上跳跃一下，形成比例作用。然后，随着时间的增加而逐形成比例作用。然后，随着时间的增加而逐渐上升，形成积分作用。可见渐上升，形成积分作用。可见 PI调节器的输出是调节器的输出是 比例和积分的合成比例和积分的合成 。 tyt阶跃响应特性阶跃响应特性30图图1-3 理想理想PI控
16、制器的阶跃响应特性控制器的阶跃响应特性阶跃响应特性阶跃响应特性t0t0yKPy = yIPyPTI可表示为比例作用输出与积分作用输可表示为比例作用输出与积分作用输出之和。其中出之和。其中在阶跃偏差信号作用下，理想在阶跃偏差信号作用下，理想PIPI控制控制器的输出随时间变化的表达式为：器的输出随时间变化的表达式为：比例作用输出比例作用输出积分作用输出积分作用输出31当积分作用输出与比例作用输出相等时，当积分作用输出与比例作用输出相等时，即即可得可得积分时间积分时间TI的意义的意义TI愈短，积分速度愈快，积分作用就愈强。愈短，积分速度愈快，积分作用就愈强。积分时间积分时间TI的测定的测定 PI调节
17、器整定的参数调节器整定的参数: （或（或KP）和）和TI TI的定义：的定义： 调节器在阶跃输入信号的作用调节器在阶跃输入信号的作用下，积分部分的输出变化到和比例部分下，积分部分的输出变化到和比例部分的输出相等时所经历的时间为的输出相等时所经历的时间为TI 。 322.2.实际实际PIPI控制器的特性控制器的特性实际PI控制器的传递函数为：在阶跃偏差信号作用下，实际PI控制器的输出为：阶跃响应特性阶跃响应特性t0t0yKPKPKI图1-4 实际PI控制器的阶跃响应特性e)33 上述分析表明：上述分析表明：积分部分的输出具有饱和特积分部分的输出具有饱和特性，我们把性，我们把t时，时，PI调调节器
18、出现积分饱和时的节器出现积分饱和时的 增益（开环增益）增益（开环增益）K= KPKI称为称为静态增益静态增益，式中的，式中的KI称称为为积分增益积分增益。KPKIKPytt积分增益积分增益34KI的物理意义表明实际的的物理意义表明实际的PI调节器消除余差的能调节器消除余差的能力，力，KI余差余差 。 KI的定义：的定义： 在阶跃输入信号的作用下，在阶跃输入信号的作用下，实际的实际的PI调节器的输出的最终调节器的输出的最终变化量和初始变化量之比。变化量和初始变化量之比。 积分增益积分增益KI35控制点偏差和控制精度控制点偏差和控制精度当控制器的输出稳定在某一值时，测量值与给当控制器的输出稳定在某
19、一值时，测量值与给定值之间存在的偏差通常称为定值之间存在的偏差通常称为控制点偏差控制点偏差。当控制器的输出变化为满刻度时，控制点的偏当控制器的输出变化为满刻度时，控制点的偏差达最大，其值可以表示为：差达最大，其值可以表示为：控制点最大偏差的相对变化值即为控制器的控制点最大偏差的相对变化值即为控制器的控制精控制精度（度（）。36控制点偏差和控制精度控制点偏差和控制精度考虑到控制器输入信号（偏差）和输出信号的变化考虑到控制器输入信号（偏差）和输出信号的变化范围是相等的，因此，控制精度可以表示为：范围是相等的，因此，控制精度可以表示为：控制精度是控制器的重要指标，表征控制器消除余差控制精度是控制器的
20、重要指标，表征控制器消除余差的能力。的能力。KI（或或K ）愈大，控制精度愈高，控制器消）愈大，控制精度愈高，控制器消除余差的能力也愈强。除余差的能力也愈强。37理想理想PI调节器调节器实际实际PI调节器调节器若输入信号长期存在若输入信号长期存在若输入信号长期存在若输入信号长期存在输出信号随着时间的输出信号随着时间的增长不断地变化增长不断地变化输出信号随着时间的输出信号随着时间的增长趋于有限值增长趋于有限值KPKI原因：原因：理想放大器的增益理想放大器的增益原因：原因：实际放大器的增益实际放大器的增益38n练习练习5n某某PI调节器输入和输出范围相等，调节器输入和输出范围相等，=100%，TI
21、=2min，初始状态输入初始状态输入=输出输出=12mA，后来输入信号从后来输入信号从12mA阶跃变化到阶跃变化到14mA，试试问经过多长时间后输出信号可以达到问经过多长时间后输出信号可以达到20mA？n分析：使用分析：使用39n解：解：t40n练习练习6n 参见图示曲线，曲线参见图示曲线，曲线1为为=100%时的时的PI特性曲线，若其它条件不变，令特性曲线，若其它条件不变，令=50%，则曲线则曲线1变成曲线变成曲线2，对否？，对否？为什么？为什么？n分析：使用分析：使用TI的定义的定义yt2141n解：解：n 不对，不对，n 由曲线由曲线1的已知条件的已知条件=100%可以推导出曲可以推导出
22、曲线线1的的TI为某个值，曲线为某个值，曲线2和曲线和曲线1的的TI值是相同的。值是相同的。但是但是=100%变成了变成了=50%，比例部分的输，比例部分的输出有变化，在同一出有变化，在同一TI下应下应有有2倍的比例输出，所以倍的比例输出，所以曲线曲线2的斜率变陡峭。的斜率变陡峭。42n练习练习7n某比例积分调节器，正作用，比例带某比例积分调节器，正作用，比例带PB=50%，TI=1min。开始时，测。开始时，测量、给定和输出均为量、给定和输出均为50%，当测量信，当测量信号变化到号变化到55%时，输出信号变化到多时，输出信号变化到多少少?1min后输出又变化到多少后输出又变化到多少?n分析：
23、利用比例带分析：利用比例带PB，PI微分方程或微分方程或积分时间的定义积分时间的定义43答：答：当测量信号变化到当测量信号变化到55%时，输出信号变化到：时，输出信号变化到：由于由于TI=1min则则(或根据积分时间的定义或根据积分时间的定义)：所以所以1min后变化到：后变化到：44n练习练习8n一台一台DTL121调节器调节器(输入、输出信号的输入、输出信号的测量范围相等测量范围相等)，稳态时测量信号、给定，稳态时测量信号、给定信号、输出信号均为信号、输出信号均为5mA，当测量信号，当测量信号阶跃变化阶跃变化1mA时，输出信号时，输出信号立刻变成立刻变成6mA，然后，然后随时间均匀上升随时
24、间均匀上升，当输出信，当输出信号到达号到达7mA时所用的时间为时所用的时间为25s，试问，试问该调节器的比例带该调节器的比例带PB和积分时间和积分时间TI各为各为什么？什么？45答：答：如图所示如图所示可得：可得：同样可得：同样可得：1mA1mA25s46(五五) D运算规律运算规律 D调节器调节器输出信号和输入信号的变化速度成正比。输出信号和输入信号的变化速度成正比。微分时间微分时间TD 微分作用微分作用 TD 微分作用微分作用 或或47 输入阶跃信号，输入阶跃信号， t=t0瞬间，输出信号跳瞬间，输出信号跳向无向无穷穷大，大， t t0以后，返回零状。以后，返回零状。ytt0tt0D调节器
25、的特点调节器的特点n输入变化速度越快，输出就越大。输入变化速度越快，输出就越大。n输入（即偏差）不管多大，如果无变化速度，或者变输入（即偏差）不管多大，如果无变化速度，或者变化很慢，即使经过长时间的积累输入变成较大的数值，化很慢，即使经过长时间的积累输入变成较大的数值，微分作用输出为零，故不能单独使用。微分作用输出为零，故不能单独使用。阶跃响应特性阶跃响应特性48 （六）（六）PDPD运算规律运算规律PDPD调节器调节器1.1.理想理想PDPD控制器的特性控制器的特性或具有比例微分控制规律的控制器称为具有比例微分控制规律的控制器称为PDPD控制器。控制器。（综合两者的优点，形成（综合两者的优点
26、，形成PD调节器或控制器）调节器或控制器）比例增益比例增益微分时间微分时间49图图1-5 理想理想PD控制器的斜坡响应特性控制器的斜坡响应特性斜坡响应特性斜坡响应特性t0t0yTD可表示为比例作用输出与微分作用输可表示为比例作用输出与微分作用输出之和。其中出之和。其中当偏差为等速上升的斜坡信号时，理当偏差为等速上升的斜坡信号时，理想想PDPD控制器为：控制器为：比例作用输出比例作用输出微分作用输出微分作用输出=at y =Kp TDaD y =Kp tPa达到相同的输出值时，微分作达到相同的输出值时，微分作用比单纯比例作用提前的时间用比单纯比例作用提前的时间就是就是微分时间微分时间TD。50给
27、给PD调节器输入一个阶跃信号，调节器输入一个阶跃信号， tt0时，输出跳向无穷大，时，输出跳向无穷大， tt0时，又跳回比例部分时，又跳回比例部分tt0ytt0阶跃响应特性阶跃响应特性理想理想PD控制器的阶跃响应特性控制器的阶跃响应特性51 上述的上述的D调节器和调节器和PD调节器都是理想的调节器都是理想的 当输入信号中含有高频信号时，就会使输出当输入信号中含有高频信号时，就会使输出产生干扰信号，造成执行器的误动作。产生干扰信号，造成执行器的误动作。 实际实际PD调节器的都具有饱和特性。调节器的都具有饱和特性。522.2.实际实际PDPD控制器的特性控制器的特性实际实际PDPD控制器的传递函数
28、为：控制器的传递函数为：在阶跃偏差信号作用下，实在阶跃偏差信号作用下，实际际PDPD控制器的输出为：控制器的输出为：阶跃响应特性阶跃响应特性t0t0y图图1-4 1-4 实际实际PDPD控制器控制器的阶跃响应特性的阶跃响应特性在在t=0时，输出不是无穷大，而是趋近于一个有限值时，输出不是无穷大，而是趋近于一个有限值KPKD，表表明微分输出有饱和特性。明微分输出有饱和特性。53 t0以后，微分输出的下降也不是瞬间完成，而是以后，微分输出的下降也不是瞬间完成，而是按指数规律下降，下降的快慢取决于微分时间按指数规律下降，下降的快慢取决于微分时间TD， 当当KD一定时，一定时， TD 微分作用微分作用
29、 ， TD 微分作用微分作用 ， TD =0时，时， D作用消失，作用消失，PD调节调节 器就变成器就变成P调节器调节器 KD愈大，微分作用愈趋于愈大，微分作用愈趋于理想，理想，KD称为称为微分增益微分增益。t0t0y图图1-4 1-4 实际实际PDPD控制器控制器的阶跃响应特性的阶跃响应特性54 KD ，微分作用微分作用 ； KD ，微分作用，微分作用 。 KD530，一般调节器，一般调节器KD均为常数。均为常数。KD的定义：的定义： 在阶跃输入信号的作用下，在阶跃输入信号的作用下，实际的实际的PD调节器的输出的调节器的输出的初始初始变化量变化量和和最终变化量最终变化量之比。之比。 微分增益
30、微分增益KD55微分时间微分时间TD的测定的测定实际实际PDPD控制器的输出同样可看作是控制器的输出同样可看作是 yPyD与与之和。之和。 PD调节器整定的参数是调节器整定的参数是 (KP) 和和TDtytt0K KP PK KD DKP(K(KP PK KD D-K-KP P)63.2%)63.2%56在阶跃偏差信号作用下，实际在阶跃偏差信号作用下，实际PDPD控控制器的输出从最大值下降了微分输制器的输出从最大值下降了微分输出幅度的出幅度的63.2%63.2%所经历的时间，就所经历的时间，就是是微分时间常数微分时间常数TD/KD。此时间常数再乘上微分增益此时间常数再乘上微分增益KD就就是是微
31、分时间微分时间TD。TD的定义：的定义：微分时间微分时间TD的测定的测定 PD调节器整定的参数是调节器整定的参数是和和TDtytt0K KP PK KD DKP(K(KP PK KD D-K-KP P)63.2%)63.2%57PD调节器的特点调节器的特点n 不论输入信号多大，只要有变化趋不论输入信号多大，只要有变化趋势，立即产生输出信号，具有较强的调势，立即产生输出信号，具有较强的调节作用，这是一种先于比例作用的调节节作用，这是一种先于比例作用的调节动作，所以称为动作，所以称为“超前超前”调节调节。（超前。（超前是说是说D作用比作用比P作用超前作用超前）58n练习练习9n 图示曲线为调节器的
32、阶跃响应曲线，图示曲线为调节器的阶跃响应曲线，试回答：该曲线表示试回答：该曲线表示PD调节器的实际工调节器的实际工况还是理想工况？况还是理想工况？KD=?=?n分析：分析： KP和和KD的定义的定义2Ii102Iott59n解：解：n1.表示表示PD调节器的实际工况，调节器的实际工况， 因为输出具有饱和特性。因为输出具有饱和特性。n2.KD=5n3. =100%(KP=1)60n练习练习10n 根据给定的输入信号和条件，根据给定的输入信号和条件， 定性画出定性画出PD调节器的输出信号波形。调节器的输出信号波形。n =100%，TD=2min，KD=5n 分析：阶跃响应波形分析：阶跃响应波形t1
33、1461ytKPKDKPKPKDKP15-462n练习练习11n一台比例微分调节器，一台比例微分调节器，PB=100%，KD=5，TD=2min，若给它输入一个图示的阶跃，若给它输入一个图示的阶跃信号，画出它的输出响应曲线。信号，画出它的输出响应曲线。Iit6363.2%63.2%-11-9-94 4yy答：答：64（综合三者的优点，形成（综合三者的优点，形成PID调节器）调节器）比例增益比例增益微分时间微分时间积分时间积分时间 ( (七七) PID) PID运算规律运算规律PID调节器调节器PID调节器的特点调节器的特点: 反应迅速（反应迅速（P），）， 消除余差（消除余差（I），）， 超前
34、动作（超前动作（D），65 输入阶跃信号，则输出信号的变化规律是：输入阶跃信号，则输出信号的变化规律是： 为理想的为理想的PID调节器调节器 为实际的为实际的PID调节器调节器 tty实际的实际的PID调节器是调节器是微分和积分都有饱和微分和积分都有饱和特性，关键在于特性，关键在于KD和和KI均为有限值。均为有限值。阶跃响应特性阶跃响应特性66阶跃响应特性阶跃响应特性67理想和实际理想和实际PIDPID控制器的传递函数分别为：控制器的传递函数分别为：当偏差为阶跃信号时，实际当偏差为阶跃信号时，实际PIDPID控制器的输出为：控制器的输出为：68 PID调节器整定的参数是调节器整定的参数是(KP
35、)、TI、TD。 三个参数在整定时相互之间有影响。三个参数在整定时相互之间有影响。用相互干扰系数用相互干扰系数F来描述它们之间相互影响的来描述它们之间相互影响的程度。程度。69n练习练习12n一台一台ICE调节器，其输出为调节器，其输出为4-20mA的电流的电流信号。信号。TI=2min，TD=0.5min，F=1+TD/TI ，若测量信号的指针由，若测量信号的指针由50%下降到下降到25%时，其纯比例输出信号由时，其纯比例输出信号由12mADC下降到下降到8mADC，该调节器的该调节器的实实际比例带际比例带为多少？，该调节器的作用方向为多少？，该调节器的作用方向是正还是负？是正还是负？n分析
36、：比例带、相互干扰系数、正反作用分析：比例带、相互干扰系数、正反作用70F=1+TD/TI=1+0.5/2=1.25实际实际= 刻度刻度/F=100%/1.25=80%正作用正作用答：答：71三、三、PID控制器的构成控制器的构成控制器对输入信号与给定信号的偏差进行控制器对输入信号与给定信号的偏差进行PID运算，因此运算，因此应包括偏差检测和应包括偏差检测和PID运算两部分电路。运算两部分电路。偏差偏差检测电路检测电路PID运算电路运算电路测量值测量值偏差偏差I0，U0给定值给定值图图1-8 1-8 控制器构成示意图控制器构成示意图偏差检测电路偏差检测电路通常称为通常称为输入电路输入电路。偏差
37、信号一般采用电压形式，偏差信号一般采用电压形式，所以测量信号和给定信号在输入所以测量信号和给定信号在输入电路内都是以电压形式进行比较。电路内都是以电压形式进行比较。输入电路输入电路同时还必须具备内外给定电路的切换开关，正、反作同时还必须具备内外给定电路的切换开关，正、反作用切换开关和偏差指示（或输入、给定分别指示）等部分。用切换开关和偏差指示（或输入、给定分别指示）等部分。PID运算电路是实现控制器运算规律的关键部分。运算电路是实现控制器运算规律的关键部分。72PIDPID运算电路的构成方式运算电路的构成方式放大器放大器K0PID反馈电路反馈电路输出输出I0,U0偏差偏差Uf，偏差偏差PDPI输出输出I0,U0测量值测量值PDPI输出输出I0,U0给定值给定值(a) (b) 73偏差偏差PDI输出输出I0,U0偏差偏差PID输出输出I0,U0P(c) (d) 74n作业作业1：P39:4、5、6n作业作业2：P39:1、8、975
