焊接自動(dòng)化技術(shù)及其應(yīng)用第二章焊接自動(dòng)化控制基礎(chǔ)

2.1焊接自動(dòng)控制的概念2.2開環(huán)與閉環(huán)控制2.3焊接自動(dòng)化中常用的控制技術(shù)本章重點(diǎn)與難點(diǎn)：自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理；

反饋控制原理；閉環(huán)控制及閉環(huán)控制系統(tǒng)；PID控制原理。1、控制的概念控制：就是為了達(dá)到某種目的，對(duì)事物進(jìn)行主動(dòng)的干預(yù)、

管理或操縱。2.1自動(dòng)控制基本概念舉例：CMT焊接短路過渡控制——無飛濺短路過渡采用特殊的機(jī)械-電氣裝置——特殊焊槍，送絲電機(jī)電弧引燃，焊絲連續(xù)送進(jìn)，焊絲端部熔化，形成熔滴焊絲繼續(xù)送進(jìn)，熔滴進(jìn)入熔池，形成短路，電流減小焊絲回抽，拉斷熔滴，完成過渡，此過程電流保持極小焊絲送進(jìn)，電弧引燃，重復(fù)熔滴短路過渡過程工業(yè)領(lǐng)域控制的概念：

利用控制裝置（機(jī)械裝置、電氣裝置或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等），使生產(chǎn)過程或被控對(duì)象（機(jī)器或電氣設(shè)備等）的某些物理量（溫度、壓力、速度、位移等）按照特定的規(guī)律運(yùn)行。圓管相貫焊槍運(yùn)動(dòng)軌跡控制溫度控制各種焊接自動(dòng)化機(jī)床

2、控制系統(tǒng)的概念為了實(shí)現(xiàn)某種控制，將相互關(guān)聯(lián)的部分按一定的結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成的整體，稱為控制系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠提供預(yù)期的響應(yīng)特性，以滿足特定的控制要求，完成特定的控制任務(wù)。3、方框圖方框圖又稱方塊圖：是由方框和箭頭等組成。箭頭表示輸入和輸出，并且在箭頭上表明相應(yīng)的信號(hào)。輸出量對(duì)象輸入量交流電壓直流電機(jī)轉(zhuǎn)速整流器轉(zhuǎn)臺(tái)焊接回轉(zhuǎn)工作臺(tái)系統(tǒng)方框圖方塊圖中的求和點(diǎn)和分支點(diǎn)：求和點(diǎn)（又稱相加點(diǎn)或比較點(diǎn)）：信號(hào)在此點(diǎn)相加減。分支點(diǎn)（又稱分路點(diǎn)）：信號(hào)在此點(diǎn)引出。注意：引出點(diǎn)只表示信號(hào)的引出，而不改變信號(hào)的大小。4、自動(dòng)控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)控制：人工控制和自動(dòng)控制舉例：焊接轉(zhuǎn)臺(tái)速度控制：速度表轉(zhuǎn)速傳感器人工控制自動(dòng)控制速度表轉(zhuǎn)速傳感器與要求的速度（給定值）進(jìn)行比較得到速度偏差的大小和方向[實(shí)質(zhì)]檢測偏差再糾正偏差。（1）焊接轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速人工控制[動(dòng)態(tài)控制過程]觀測焊接轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速（被控制量）根據(jù)偏差大小和方向調(diào)節(jié)調(diào)壓器，控制電機(jī)電壓以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)速度回復(fù)到要求值。交流電壓直流電機(jī)轉(zhuǎn)速整流器轉(zhuǎn)臺(tái)132減速器電動(dòng)機(jī)[動(dòng)態(tài)控制過程]（2）焊接轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)際轉(zhuǎn)速由傳感器及信號(hào)處理器轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電壓U2轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)經(jīng)放大后，經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與換向裝置用以驅(qū)動(dòng)調(diào)壓器的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)，并通過減速等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)拖動(dòng)調(diào)壓器動(dòng)觸頭。當(dāng)轉(zhuǎn)速偏高時(shí)，動(dòng)觸頭向減小電壓的方向運(yùn)動(dòng)，反之加大電壓，直到焊接轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值為止，此時(shí)，偏差

U=0,調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。焊接回轉(zhuǎn)工作臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)及減速機(jī)構(gòu)整流器轉(zhuǎn)速傳感器調(diào)壓器給定信號(hào)信號(hào)處理轉(zhuǎn)臺(tái)期望轉(zhuǎn)速由電壓U1給定與實(shí)際轉(zhuǎn)速U2比較得到轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)

U=U1-U2電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與換向裝置放大比較系統(tǒng)方框圖[實(shí)質(zhì)]檢測偏差糾正偏差減速器電動(dòng)機(jī)焊接回轉(zhuǎn)工作臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)及減速機(jī)構(gòu)整流器轉(zhuǎn)速傳感器調(diào)壓器給定信號(hào)信號(hào)處理電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與換向裝置放大比較人工控制與自動(dòng)控制對(duì)比：控制過程相同：測量、比較、調(diào)整三個(gè)環(huán)節(jié)組成。測量：檢測輸出（被控）量比較：根據(jù)輸出值和給定值求出偏差調(diào)整：執(zhí)行控制或者說糾正偏差控制、檢測手段不同：（1）測量前者靠操作者的眼睛，而后者靠轉(zhuǎn)速傳感器（2）比較前者靠操作者的頭腦，后者靠自動(dòng)控制電路（3）調(diào)整前者靠操作者的手，后者靠電機(jī)等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)自動(dòng)控制:

在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器）,使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（控制對(duì)象

）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量

）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。輸入量控制裝置輸出量控制對(duì)象對(duì)控制對(duì)象起作用的裝置的總體實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)：控制裝置與控制對(duì)象的總和。常用焊接自動(dòng)化的裝備──自動(dòng)控制系統(tǒng)直縫電弧自動(dòng)焊系統(tǒng)環(huán)縫電弧自動(dòng)焊系統(tǒng)

PLC控制，工件平焊位置直縫的自動(dòng)焊接；焊槍直線行走等速控制及焊接過程的程序自動(dòng)控制。

PLC控制，氣動(dòng)夾緊圓筒工件，實(shí)現(xiàn)環(huán)縫的自動(dòng)焊接；工件旋轉(zhuǎn)等速控制及焊接過程的程序自動(dòng)控制。如何測偏與糾偏？采用負(fù)反饋控制5、反饋控制原理恒速自動(dòng)控制的過程：測偏與糾偏的過程。偏差=期望值-實(shí)際值反饋通道反饋：通過測量元件及反饋通道將輸出量的一部分或

全部返回到輸入端。負(fù)反饋控制原理：

利用反饋將輸出量的一部分或全部返回到輸入端，并與輸入量相比較，比較的結(jié)果稱為偏差，根據(jù)偏差的大小與方向進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，最后使偏差減小或消除，從而使輸出量按照預(yù)定的規(guī)律變化。負(fù)反饋控制系統(tǒng)基本構(gòu)成與標(biāo)準(zhǔn)方塊圖：反饋量－比較環(huán)節(jié)被控量控制對(duì)象調(diào)節(jié)部分執(zhí)行部分給定環(huán)節(jié)控制環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)目標(biāo)值給定環(huán)節(jié)：目標(biāo)（給定）值比較環(huán)節(jié)：輸入目標(biāo)（給定）值和反饋值，輸出偏差值控制環(huán)節(jié)（控制器）包括調(diào)節(jié)部分和執(zhí)行部分調(diào)節(jié)部分：根據(jù)偏差產(chǎn)生控制信號(hào)執(zhí)行部分：根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生控制量作用于控制對(duì)象反饋環(huán)節(jié)：產(chǎn)生反饋量。反饋信號(hào)與給定信號(hào)符號(hào)相反時(shí)，稱為負(fù)反饋，否則為正反饋。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，主反饋一定是負(fù)反饋。反饋環(huán)節(jié)的核心是傳感器控制（調(diào)節(jié)）器的核心是控制策略和控制規(guī)律執(zhí)行部分常常采用電機(jī)、機(jī)械、液壓機(jī)構(gòu)。特點(diǎn)：存在反饋；根據(jù)偏差進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)。6、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本類型按輸入量特征分類按傳遞信號(hào)分類按系統(tǒng)構(gòu)成分類按信號(hào)傳遞方向恒值控制連續(xù)控制開環(huán)控制前饋控制程序控制離散（數(shù)字）控制閉環(huán)控制反饋控制隨動(dòng)控制按輸入量的特征分類恒值控制系統(tǒng)：系統(tǒng)輸入量為恒定值?？刂迫蝿?wù)是保證在任何擾動(dòng)作用下系統(tǒng)的輸出量為恒值。循環(huán)水冷卻器激光冷水機(jī)恒溫控制TIG電源恒流控制氣體保護(hù)焊送絲機(jī)恒速控制按輸入量的特征分類程序控制系統(tǒng)：輸入量的變化規(guī)律預(yù)先確知，輸入裝置根據(jù)輸入的變化規(guī)律，發(fā)出控制指令，使被控對(duì)象按照指令程序的要求而運(yùn)動(dòng)。數(shù)控切割增材制造（3D打?。┌摧斎肓康奶卣鞣诸愲S動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）：輸入量的變化規(guī)律不能預(yù)先確知，其控制要求是輸出量迅速、平穩(wěn)地跟隨輸入量的變化，并能排除各種干擾因素的影響，準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的變化規(guī)律。仿形切割焊縫自動(dòng)跟蹤按照預(yù)先確定的順序，或按照一定邏輯順序逐次對(duì)各個(gè)階段進(jìn)行控制。條件（連鎖）控制：當(dāng)設(shè)定的條件成立時(shí)，使控制對(duì)象按特定的規(guī)則運(yùn)行例如：TIG焊高頻引弧通斷控制時(shí)間控制：經(jīng)過約定的時(shí)間后，使控制對(duì)象開始下一個(gè)動(dòng)作或者過程的運(yùn)行例如：氣體保護(hù)焊機(jī)提前送氣；

交通信號(hào)燈；洗衣機(jī)順序控制：使控制對(duì)象按著事先制定的操作順序運(yùn)行例如：多臺(tái)電機(jī)和機(jī)械的順序啟動(dòng)；氖燈廣告程序控制5、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本特性（1）穩(wěn)定性系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)下，受到擾動(dòng)作用后，系統(tǒng)恢復(fù)原有平衡狀態(tài)的能力。（2）穩(wěn)態(tài)精度調(diào)節(jié)過程（暫態(tài)）結(jié)束后所處的狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)精度常以穩(wěn)態(tài)誤差來衡量。

穩(wěn)態(tài)誤差是指穩(wěn)態(tài)時(shí)系統(tǒng)期望輸出量和實(shí)際輸出量之差。（3）動(dòng)態(tài)品質(zhì)反映系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程性能（動(dòng)態(tài)性能）優(yōu)劣。通常采用系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性曲線中的調(diào)節(jié)時(shí)間ts、超調(diào)量σ、振蕩次數(shù)N等動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)來衡量。超調(diào)量σ調(diào)節(jié)時(shí)間ts二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)（動(dòng)態(tài)特性）曲線系統(tǒng)響應(yīng)曲線表示系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能1、開環(huán)控制與開環(huán)控制系統(tǒng)交流電壓直流電機(jī)轉(zhuǎn)速整流器轉(zhuǎn)臺(tái)2.2開環(huán)控制與閉環(huán)控制直流電機(jī)速度開環(huán)控制系統(tǒng)系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)的輸出端與輸入端之間無反饋通道，即系統(tǒng)的輸出量不影響系統(tǒng)的控制作用時(shí)，該系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制：只有順向控制而無反饋控制的控制方式。開環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，成本低。系統(tǒng)不能自動(dòng)補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)輸出量的影響。開環(huán)控制系統(tǒng)的精度：取決于系統(tǒng)校準(zhǔn)的精度和系統(tǒng)中元器件特性的穩(wěn)定程度。擾動(dòng)輸入輸出量控制作用參考輸入控制器被控對(duì)象開環(huán)控制系統(tǒng)：2、閉環(huán)控制與閉環(huán)控制系統(tǒng)直流電機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)框圖典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖閉環(huán)控制系統(tǒng)中，不僅有從輸入端到輸出端的信號(hào)作用途徑，還有輸出信號(hào)的反饋途徑。系統(tǒng)輸出量不僅與給定輸入信號(hào)有關(guān)，還與反饋信號(hào)有關(guān)，反饋信號(hào)作為系統(tǒng)控制信號(hào)一部分實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制。閉環(huán)控制：負(fù)反饋控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：存在有反饋，抗干擾能力強(qiáng)，控制精度高。系統(tǒng)復(fù)雜、成本較高。閉環(huán)控制系統(tǒng)的精度：系統(tǒng)校準(zhǔn)精度和系統(tǒng)中元器件特性的穩(wěn)定程度；系統(tǒng)的反饋控制精度和系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)的匹配。2.3常用控制方式和策略1、焊接自動(dòng)化中常用的控制方式位置控制屬于點(diǎn)位控制方式；往往用于點(diǎn)到點(diǎn)的控制例如：焊槍定位，工位轉(zhuǎn)換，焊接起始點(diǎn)或終點(diǎn)控制等等。位移控制屬于連續(xù)軌跡控制方式；往往用于連續(xù)焊縫的自動(dòng)控制例如：直線焊接位移控制、環(huán)形焊縫焊接位移控制等。速度控制焊槍或工件等運(yùn)動(dòng)速度控制；變速控制與等速控制。軌跡控制主要用于復(fù)雜空間曲線焊縫的運(yùn)動(dòng)軌跡控制。程序控制以合理的次序和時(shí)間間隔使自動(dòng)焊接系統(tǒng)中的弧焊電源、

送絲機(jī)、操作機(jī)、變位機(jī)等進(jìn)入特定的工作狀態(tài)。2、常見的焊接自動(dòng)控制焊接參數(shù)的自動(dòng)控制焊接位置的自動(dòng)控制焊接軌跡的自動(dòng)控制焊縫自動(dòng)跟蹤控制焊接順序的自動(dòng)控制焊接質(zhì)量的自動(dòng)控制……常用控制策略傳統(tǒng)控制策略、現(xiàn)代控制策略和智能控制策略。

傳統(tǒng)控制策略：PID控制策略；串級(jí)控制策略等現(xiàn)代控制策略：自適應(yīng)控制策略；變結(jié)構(gòu)控制策略等智能控制策略：模糊控制策略；專家系統(tǒng)控制策略；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略等復(fù)合控制策略：模糊PID控制策略；模糊變結(jié)構(gòu)控制策略等3、PID控制原理ui(t)——系統(tǒng)輸入量；uc(t)——系統(tǒng)輸出量

；

e(t)——偏差，偏差=輸出量-輸入量；u

(t)——

控制器輸出的控制量P控制——比例控制；Kp

比例增益D控制——微分控制；Td

微分時(shí)間常數(shù)I控制——積分控制；Ti

積分時(shí)間常數(shù)ui(t)uc(t)比例控制P積分控制I微分控制DP控制——對(duì)偏差（當(dāng)前信息）控制，系統(tǒng)立即響應(yīng)偏差控制信號(hào)糾

正偏差，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快；但是存在穩(wěn)態(tài)誤差。I控制——對(duì)偏差的積分（過去信息積累）控制，可以消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差；屬于滯后控制，且調(diào)節(jié)過程緩慢，系統(tǒng)穩(wěn)定性差。D控制——對(duì)偏差變化趨勢（將來信息）控制，超前控制，抑制偏差

的增大，克服振蕩，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，可以減小超調(diào)，提

高系統(tǒng)的響應(yīng)速度；PID控制作用：PID控制的目的：當(dāng)系統(tǒng)的輸入量或者系統(tǒng)輸出量發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)能夠按照所選擇的控制環(huán)節(jié)所具有的控制規(guī)則，快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的跟隨其變化而變化，保證系統(tǒng)的輸出量按照特定的規(guī)律和要求運(yùn)行。PID控制策略的應(yīng)用：根據(jù)具體系統(tǒng)輸出量控制的要求和運(yùn)行規(guī)律，進(jìn)行PID控制環(huán)節(jié)與參數(shù)的選擇，得到所需要的系統(tǒng)輸出特性?？刂骗h(huán)節(jié)選擇：

通常采用：P控制、PI控制、PD控制或者PID控制；一般不采用：單純的I控制、D控制。P控制--抗干擾能力強(qiáng)、控制及時(shí)、過渡時(shí)間短，但存在穩(wěn)態(tài)誤差；增大比例系數(shù)可提高系統(tǒng)的開環(huán)增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，從而提高系統(tǒng)的控制精度，但會(huì)降低系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，甚至可能造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，因此，實(shí)際工程系統(tǒng)中，較少使用單純的P控制。D控制--控制器中P控制項(xiàng)的作用僅是放大偏差的幅值，實(shí)現(xiàn)快速控制，而D控制項(xiàng)能夠預(yù)測偏差的變化趨勢；因此，采用PD控制，可以在偏差具有較大變化趨勢時(shí)施加合適的控制，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。D控制反映偏差的變化率，只有當(dāng)偏差隨時(shí)間變化時(shí)，D控制才起作用，而對(duì)無變化或緩慢變化的對(duì)象不起作用。注意，由于D控制其控制的重點(diǎn)在于偏差變化的方向和變化率，所以其局限性很明顯，如果實(shí)際測量信號(hào)存在擾動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生很多不必要甚至錯(cuò)誤的控制信號(hào)，因此，實(shí)際工程中一般不使用單純的D控制。目標(biāo)值I控制—I控制項(xiàng)對(duì)偏差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，I控制項(xiàng)作用增大，推動(dòng)控制器的輸出增大，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，直到等于零，但會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，過渡時(shí)間加長；因此，實(shí)際工程中一般不使用單純的I控制，往往采用PI控制或者PID控制。表明，P和PI控制的響應(yīng)速度基本相同，PI比P調(diào)節(jié)時(shí)間短一些；P控制誤差較大；PID控制調(diào)節(jié)時(shí)間最短，但是超調(diào)量最大；可見，PID調(diào)節(jié)不是在任何情況下，都是最合理的，要結(jié)合實(shí)際工程系統(tǒng)控制需求，具體分析與選擇?？刂茀?shù)選擇：增大Kp

——往往使整個(gè)系統(tǒng)的開環(huán)增益增大，有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；但KP過大，會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定。由圖可見，隨著KP值的增大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差減小，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，但超調(diào)量也隨著增加。目標(biāo)值Time(sec)AmplitudeKp=19該系統(tǒng)采用仿真研究表明，若Kp≥19時(shí)，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線為發(fā)散型，系統(tǒng)不穩(wěn)定。也就是說，比例系數(shù)Kp過大，會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定。控制參數(shù)選擇：增大Td——將減小超調(diào)，加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，調(diào)節(jié)時(shí)間減小。隨著Td值的增大，PD控制系統(tǒng)超調(diào)量逐漸減小，調(diào)節(jié)時(shí)間減小，但對(duì)穩(wěn)態(tài)誤差沒有明顯作用。目標(biāo)值控制參數(shù)選擇：增大Ti——將減小超調(diào)，減小振蕩，動(dòng)態(tài)過程的平穩(wěn)性得到改善，但

會(huì)使系統(tǒng)的快速性變差。加入I控制后，消除了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，但隨著Ti值的增大，超調(diào)量減小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)平穩(wěn)性增加，但是調(diào)節(jié)時(shí)間也逐漸加大。目標(biāo)值取適當(dāng)?shù)谋壤?、積分、微分系數(shù)，繪制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線：PID控制通過積分作用消除誤差，而微分控制可降低超調(diào)量、加快系統(tǒng)響應(yīng)，是綜合了PI控制和PD控制長處的控制。PID參數(shù)整定：比例、積分、微分三個(gè)環(huán)節(jié)的控制作用，相互可以調(diào)節(jié)，相互可以補(bǔ)償，不同的PID控制參數(shù)組合可以獲得相同的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，所以PID控制的參數(shù)并不是唯一的。PID參數(shù)整定時(shí)，先比例、后積分、再微分：1）首先加入比例部分，將KP由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)。2）如果穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需要加入積分環(huán)節(jié)；首先取較大的Ti值，并略降低KP（如為原來值的0.8倍），然后，逐步減小Ti，反復(fù)調(diào)整Ti和KP，直至滿足要求。3）如果系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程仍不滿意，可加入微分環(huán)節(jié)。逐步增大Td，同時(shí)反復(fù)改變KP和Ti，反復(fù)調(diào)整三個(gè)參數(shù)，最后得到一組合適的PID參數(shù)。4、PID控制基本電路1）比例（P）控制器式中，KP＝-Rf/R0為比例系數(shù)比例控制器的輸出與輸入成比例的變化而與時(shí)間無關(guān)。比例控制反應(yīng)迅速，調(diào)節(jié)及時(shí)，輸出由輸入的當(dāng)前值所決定。2）積分（I）控制器式中，

Ti＝R0C1為積分時(shí)間常數(shù)只要ui≠0，u0總要逐漸增長（達(dá)到飽和時(shí)為止）；只有ui＝0時(shí)，u0才不增長，并保持為某一固定值；只要輸出達(dá)到飽和值，那么必須等輸入信號(hào)ui改變極性后，輸

出u0才能減小，控制器才能退出飽和狀態(tài)。3）比例積分（PI）控制器式中，

Ti＝R0Cl

，PI控制器積分時(shí)間常數(shù)；KP＝-R1/R0，PI控制器比例放大系數(shù)。頻率較低時(shí)主要起積分作用，高頻時(shí)主要起線性比例放大作用。綜合了P和I控制的優(yōu)點(diǎn)，P能迅速響應(yīng)控制作用，I則可以消除穩(wěn)態(tài)誤差。只要ui≠0，u0總要逐漸增長（達(dá)到飽和時(shí)為止）；輸出由比例和積分兩部分組成。突然加入輸入信號(hào)，Cl兩端電壓不能突變，相當(dāng)于短路，控制器相當(dāng)于P控制器，輸出u0跳變到KPui，實(shí)現(xiàn)快速控制。

隨著Cl被充電，控制器又相當(dāng)于I控制器，輸出按積分作用隨時(shí)間線性增長；最后進(jìn)入飽和階段。4）比例微分（PD）控制器式中，

KP＝-(R1+R2)/R0，PD控制器比例系數(shù)；Td＝(R1R2)Cl/(R1+R2)，PD控制器微分時(shí)間常數(shù)。

具有超前控制作用，當(dāng)控制信號(hào)有變化趨勢時(shí)，PD控制器立即輸出一個(gè)幅值很大的控制信號(hào)，用來加快響應(yīng)過程。

D控制使噪聲信號(hào)也放大，有可能使系統(tǒng)達(dá)到飽和狀態(tài)；且D控制只在瞬態(tài)過程中發(fā)揮作用。輸出由微分和比例兩部分組成。

突然加一個(gè)階躍輸入信號(hào)ui的瞬間，反饋電壓被Cl旁路，反饋電壓很小，故輸出電壓突然增至很大。

隨著Cl充電，輸出電壓逐漸降低，Cl充電結(jié)束后，

Cl相當(dāng)于開路，控制器相當(dāng)于P控制器，輸出與輸入成比例變化。式中，

KP＝-R1/R0，PID控制器比例系數(shù)；Ti＝R1Cl

，PID控制器積分時(shí)間常數(shù)；Td＝R2C2，PID控制器微分時(shí)間常數(shù)。C2>>Cl，R1>>R2。輸出由微分、比例和積分三部分組成。

輸入端突然加ui的瞬間，反饋電壓被C2旁路，反饋電壓很小近于零，輸出電壓突然增至很大，起微分控制作用。

隨著C2充電，反饋電壓逐漸增大，控制器輸出電壓逐漸降低。C2充電結(jié)束時(shí)，輸出下降到某一數(shù)值，該數(shù)值與輸入成比例。

由于Td＝R2C2比較小，故微分作用時(shí)間很短。

隨著Cl充電，反饋到輸入端的電壓又逐漸減小，輸出逐漸增加，實(shí)現(xiàn)積分作用。5）比例積分微分（PID）控制器特點(diǎn)：綜合了PID控制各自的優(yōu)點(diǎn)。4.數(shù)字PID控制所謂數(shù)字PID控制就是將模擬PID控制算法進(jìn)行適當(dāng)變換，采用計(jì)算機(jī)或微控制器作為運(yùn)算核心，利用軟件程序?qū)崿F(xiàn)PID控制和校正。（1）位置式數(shù)字PID控制對(duì)連續(xù)變量PID控制數(shù)學(xué)模型公式作離散化處理就可以得到位置式數(shù)字PID控制算法公式。

典型的位置式PID控制系統(tǒng)中，x(k)為k采樣時(shí)刻的給定值，u(k)為k采樣時(shí)刻的控制量輸出，y(k)為k采樣時(shí)刻的實(shí)際輸出，偏差e=x(k)-y(k)。

當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置需要精確控制時(shí)，往往采用位置式PID控制算法。通過位置式PID控制算法得到的計(jì)算結(jié)果是輸出的絕對(duì)數(shù)值，它的每次輸出與系統(tǒng)的整個(gè)過去狀態(tài)有關(guān)。（