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：

：比例系数，：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），加大比例系数可以减小静差，但当过大时，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、积分时间 、微分时间 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