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看见这张图片，你会想到什么？

记得，好好想想看

不知道你是否已经想到PID控制呢？

那么，就由小编带领大家一起去学习一下吧

过程控制常见概念

1、大惯性与纯滞后

大惯性：系统的状态改变较慢，惯性较大。

纯滞后：在施加控制之后，系统状态发生改变的时间滞后于施加控制时间。

2、多变量与耦合

多变量是一个控制对象包含了多个输入量和多个输出量。

耦合是指多个控制输入量引起输出量是非单一的，存在彼此之间的影响。

3、控制器、控制对象与执行机构

控制器指控制算法实现的装置。

执行机构指由控制输出，被其接受能够引起控制对象被调量变化的装置。

控制对象是控制作用实施的对象。

4、动态与稳态

过程控制系统在运行过程有两种状态，一种是稳态，此时系统没有受到任何外来干扰，同时设定值保持不变，因而被调量也不会随时间变化，整个系统处于稳定平衡的工况。另一种是动态，当系统受到外来干扰的影响或者改变了设定值后，原来的稳态遭到了破坏，系统中各组成部分的输入输出量都相继发生变化，尤其是被调量也将偏离原稳态值而随时间变化，这时就称系统处于动态。

经过一段时间调整后，如果系统是稳定的，被调量将会重新达到新设定值或其附近，系统又恢复稳定平衡工况。这种从一个稳态到达另一个稳态的历程称为过渡过程。

控制过程系统的性能指标

一、时欲性能指标

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闭环控制系统在设定值绕动下的阶跃响应

1、衰减比与衰减率

衰减比是衡量一个振荡过程的衰减程度的指标，它等于两个相邻的同向波峰值之比，即

η=y2/y1

衡量振荡过程衰减程度的另一种指标是衰减率，它是指每经过一个周期后，波动幅度衰减的百分数，即

φ=（y1-y3）/y1

为了保证系统的稳定度，在过程控制中，一般要求衰减比为4：1到10：1，这相当于衰减率为75%到90%。这样，大概经过两个周期后趋于稳态。

2、最大动态偏差与超调量

最大动态偏差是指设定值阶跃响应中，过度过程开始后第一个波峰超过其稳态之的幅度。最大动态偏差占被调量稳态变化幅度的百分比称为超调量。

3、参余偏差

残余偏差是指过度过程结束后，被调量新的稳态值y（∞）与新设定值r之间的差值，它是控制系统稳态准确性的衡量指标。

4、调节时间与振荡频率

调节时间是从过度过程开始到结束所需的时间。理论上它需要无限长的时间，但一般认为当被调量已进入其稳态值的±5%范围内，就算过渡过程已经结束。因此，调节时间就是从绕动开始到被调量进入新稳态值的±5%范围内的这段时间，一般用ts表示。

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振荡时间/周期示意图

5、上升时间

当系统的阶跃响应第一次达到稳态值的时间，称为上升时间，记为tr。

二、综合性能指标

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P、I、D调节

P比例调节

在P调节中，调节器的输出信号u与偏差信号e成比例， 即

u=Kce   （Kc称为比例增益）

但在实际控制中习惯用增益的倒数表示 δ =1/Kc(δ称为比例带)

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δ对比例调节过程的影响

a、δ越大：调节阀的动作幅度小，变化平稳，甚至无超调，但余差大，调节时间长。

b、δ减小：调节阀动作幅度加大，被调量来回波动，余差减小。

c、δ进一步减小：被调量波动加剧

d、δ为临界：被调量等幅振荡波动

e、δ小于临界：被调量法散振荡

P比例调节特点

比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。

比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。

P的一般选取范围

压力调节：30~70%

流量调节：60~300%

液位调节：40~100%

温度调节：40~80%

I积分调节

一般用于控制系统的准确性，消除余差。

对于同一偏差信号，积分常数越大，表示积分调节作用越强；积分常数就表示了积分作用的大小。积分常数的倒数叫积分时间，用TI表示。

只要偏差不为零，控制输出就不为零，它就要动作到把被调量的静差完全消除为止，积分调节的特性就是无差调节。

积分速度大，调节阀的速度加快，但系统的稳定性降低，当积分速度大到超过某一临界值时，整个系统变为不稳定。

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积分速率对调节过程的影响

增大积分速度：调节阀的速度加快，但系统稳定性降低。

当积分速度达到并超过临界值时，整个系统变为不稳定，发散震荡过程。

减小积分速度：调节阀的速度减慢，系统稳定性增加，但调节速度变慢。

无论增大还是减小积分速度，被调量最后都没有余差。

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P与I调节过程的比较

积分调节可以消除静差。但对比例调节来说，当被调参数突然出现较大的偏差时，调节器能立即按比例地把调节阀的开度开得很大，但积分调节器就做不到这一点，它需要一定的时间才能将调节阀的开度开大或减小，因此，积分调节会使调节过程非常缓慢。总之，比例调节能及时进行调节，积分调节可以消除静差。

D微分调节

微分调节一般只与偏差的变化成比例，偏差变化越剧烈，调节输出作用越强。从而及时抑制偏差增长，提高系统稳定性。

微分调节主要用于调节对象有大的传递滞后和容量滞后。（例如温度与大容量液位）

微分一般用微分时间表示，单位s，用TD表示。在实际使用过程中，值越大作用越强。

阶跃响应

纯P作用下的阶跃响应

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比例作用越强，稳态误差越小，响应快，但超调大

PI作用下的阶跃响应

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引入积分，消除了余差；积分作用越强，响应速度越快，超调大，振荡加剧

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在同样积分作用下，减小比例作用，可增加系统稳定。

PD作用下的阶跃响应

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引入微分项，提高了响应速度，增加了系统的稳定性，但不能消除系统余差。

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相同比例作用情况下，微分作用越强，响应速度越快，系统越稳定。

PID作用下的阶跃响应

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相同比例作用情况下，微分作用越强，响应速度越快，系统越稳定。

PID参数的整定方法

临界比例度法

a、将调节器的积分时间TI置于最大（TI=∞），微分时间置零（TD=0），比例度δ适当，平衡操作一段时间，把系统投入自动运行。

b、将比例度δ逐渐减小，得到等幅振荡过程，记下临界比例度δk和临界振荡周期Tk值。

c、根据δk和Tk值，采用经验公式，计算出调节器各个参数，即δ、TI、TD的值。

d、按“先P后I最后D”的操作程序将调节器整定参数调到计算值上。若还不够满意，可再作进一步调整。

临界振荡比例计算公式

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衰减曲线法

在纯比例作用下，由大到小调整比例度以得到具有衰减比（4：1）的过渡过程，记下此时的比例度δS及振荡周期TS，根据经验公式，求出相应的积分时间TI和微分时间TD。

衰减曲线法控制器参数计算表

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经验法

根据经验先将控制器参数放在某些数值上，直接在闭合的控制系统中通过改变给定值以施加干扰，看输出曲线的形状，以δ%、TI、TD，对控制过程的规律为指导，调整相应的参数进行凑试，直到合适为止。

长期经验总结出来的参数表

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经验口诀

参数整定找最佳，从小到大顺序查。

先是比例后积分，最后再把微分加。

曲线振荡很频繁，比例度盘要放大。

曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳。

曲线偏离回复慢，积分时间往下降。

曲线波动周期长，积分时间再加长。

曲线振荡频率快，先把微分降下来。

动差大来波动慢，微分时间应加长。

理想曲线两个波，前高后低4比1。

一看二调多分析，调节质量不会低。

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