高级分布式系统-第12讲 分布式控制经典理论

控制器基础

分布式控制系统的设计,是指在给定系统性能指标的条件下,设计出控制器的控制规律和相应的数字控制算法。

PID控制器

根据偏差的比例(Proportional)、积分(Integral)、微分(Derivative)进行控制(简称PID控制),一种广泛应用于压力、温度、流量、液位等工业控制系统中的控制规律。

PID调节的实质:根据输入的偏差信号,按比例、积分、微分的函数关系进行计算,其运算结果用于输出控制。

PID控制器把给定值W与实际输出值Y相减,得到控制偏差e,偏差e经比例、积分、微分运算后,通过线性组合构成控制量u,然后用u对对象进行控制。

1) 比例调节器

控制规律为:u=K_p*e+u_0

K_p:比例系数,u_0:控制常量,即误差为零时的控制变量。

优点:反应快。

缺点:不能完全消除静差。

问题:对于有些控制对象,比例调节器会存在静差(残存的误差),加大比例系数K_p可以减小静差,但当K_p过大时,会使动态质量变差,导致系统不稳定。

2) 比例-积分调节器

3) 比例-积分-微分调节器

比例积分微分环节调整的效果

1) 数字PID位置型控制算法

2) 数字PID增量型控制算法

参数调节

PID数字调节器的主要参数有比例系数K_p、积分时间T_i 、微分时间T_d 以及采样周期T,如何正确选择PID调节器的结构和它的参数,使系统受到扰动后,仍将保持稳定,不致产生破坏性的振荡,并将误差保持在最小,是PID设计的重要问题。

在控制系统中,产生误差的扰动有以下几种类型:

1. 设定值的变化;

2. 供给源的变化;

3. 要求的变化;

4. 环境的变化;

5. 测量元件性能的变化

采样周期的选择

PID控制系统举例

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