内蒙古科技大学：《材料成型控制工程基础》课程教学课件（PPT讲稿）第3章 PID控制及其调节过程

内喜古科私大举 本章主要内容： ■ PD控制概述 PD调节规律 ■PD调节规律对系统过渡过程的影响 ■ PD调节器参数的工程整定（实验课内容） ■加热炉PD温度控制的MATLAB仿真（实验课内容） 复习思考题 2

2 本章主要内容： ■ PID控制概述 ■ PID调节规律 ■ PID调节规律对系统过渡过程的影响 ■ PID调节器参数的工程整定(实验课内容) ■加热炉PID温度控制的MATLAB仿真(实验课内容) 复习思考题

内麦古科私大率 本章要点 ●本章内容属于古典控制策略的研究范畴，主要介绍PD 控制器的特点、调节规律，调节规律对系统动态过程 的影响，以及如何对PID控制器中的参数进行整定等内 容。 ●本章应掌握以下基本内容： ①PID控制的优点。 ②“比例带”的概念及其对调节过程的影响。 ③不同调节规律的特点。 ④调节器中不同调节作用的曲线比较。 ⑤PID控制器的“参数整定”。 3

3 本章要点 ●本章内容属于古典控制策略的研究范畴，主要介绍PID 控制器的特点、调节规律，调节规律对系统动态过程 的影响，以及如何对PID控制器中的参数进行整定等内 容。 ●本章应掌握以下基本内容： ①PID控制的优点。 ②“比例带”的概念及其对调节过程的影响。 ③不同调节规律的特点。 ④调节器中不同调节作用的曲线比较。 ⑤PID控制器的“参数整定

内古科私大 PID控制概述 ●PD调节规律，其控制原理是一种负反馈控制。 PID (proportional-integrate-differential) 控制是比例、积分、微分控制的简称。上个世纪 40年代以前，在工业生产过程控制中，除了最简 单的开关控制外，它是唯一的控制方式。从20世 纪50年代开始，PID控制开始应用，并在模拟控制 和数字控制系统中已形成了成熟的算法。据介绍， 直到现在90%以上的工业控制回路仍采用各种形 式的PID控制。 4

4 ■ PID控制概述 ●PID调节规律，其控制原理是一种负反馈控制。 ●PID（proportional-integrate-differential） 控制是比例、积分、微分控制的简称。上个世纪 40年代以前，在工业生产过程控制中，除了最简 单的开关控制外，它是唯一的控制方式。从20世 纪50年代开始，PID控制开始应用，并在模拟控制 和数字控制系统中已形成了成熟的算法。据介绍， 直到现在90％以上的工业控制回路仍采用各种形 式的PID控制

窗内害古科私大举 PD调节规律的六个特点： ◆原理简单，使用方便 PID算法整合了系统动态过程中的过去、现在和将来 的信息 ◆适应性强 即使目前最新式的过程控制计算机，其基本控制功能 也仍然是PID控制。 ◆鲁棒性(robustness)强 概念；它可以从“稳定鲁棒性”和“性能鲁棒性”两 方面来区分。 5

5 ● PID调节规律的六个特点： ◆原理简单，使用方便 PID算法整合了系统动态过程中的过去、现在和将来 的信息 ◆适应性强 即使目前最新式的过程控制计算机，其基本控制功能 也仍然是PID控制。 ◆鲁棒性（robustness）强 概念；它可以从“稳定鲁棒性”和“性能鲁棒性”两 方面来区分

《内专右科私大举 ◆PID算法有一套完整的参数整定与设计方法，易于被工程技 术人员掌握 ◆“性价比”高 ◆对PID算法缺陷可以进行改良 6

6 ◆PID算法有一套完整的参数整定与设计方法，易于被工程技 术人员掌握 ◆“性价比” 高 ◆对PID算法缺陷可以进行改良

窗麦古科私大拳 ■PID调节规律 ●“调节规律”的概念 ●两位式调节规律 ●比例(P)调节规律 ●积分（①调节规律 ●微分(D)调节规律 ●比例积分(PI)调节规律 ●比例微分(PD)调节规律 ●比例积分微分PD)调节规律 7

7 ■ PID调节规律 ●“调节规律”的概念 ●两位式调节规律 ●比例(P)调节规律 ●积分(I)调节规律 ●微分(D)调节规律 ●比例积分(PI)调节规律 ●比例微分(PD)调节规律 ●比例积分微分(PID)调节规律

内喜古科私大举 ●“调节规律”的概念 偏差信号△e 输出信号△u 调节器 图中△为偏差信号，习惯上常以偏差在测量仪表全量程中所占的百分数表示 4e-测量值-给定值×100% 测量范围 调节器输出与偏差信号之间的函数关系称为调节规律 在调节器输出稳定之前，偏差△e与输出△u之间的相互关系， 称为调节器的动态特性 在调节器上施加恒定的偏差，经过相当长的时间，输出稳定以 后，偏差△e与输出△u的相互关系称为调节器的静态特性

8 ●“调节规律 ”的概念 调节器输出与偏差信号之间的函数关系称为调节规律 在调节器输出稳定之前，偏差△e与输出△u之间的相互关系， 称为调节器的动态特性 在调节器上施加恒定的偏差，经过相当长的时间，输出稳定以 后，偏差△e与输出△u的相互关系称为调节器的静态特性

窗内害古科私大举 ●两位式调节规律 调节机构只有两个位置，即“开”或“关”，没有中间位置 双位调节器结构简单、使用方便、价格便宜，在电阻加热设备 的温度调节方面可以节省电能，故应用很普遍。 9

9 ●两位式调节规律 调节机构只有两个位置，即“开”或“关” ，没有中间位置 双位调节器结构简单﹑使用方便、价格便宜，在电阻加热设备 的温度调节方面可以节省电能，故应用很普遍

内喜古科私大举 ●比例P)调节规律 ◆动作过程 ◆比例调节的特点 ◆比例调节的传递函数 10

10 ●比例(P)调节规律 ◆动作过程 ◆比例调节的特点 ◆比例调节的传递函数

窗内害古科私大举 ◆动作过程 02凶 图3-2液面调节系统 11

11 ◆动作过程