1、目录 摘 要. 1 1 P 和 PI 控制原理 . 2 1.1 比例（P）控制 . 2 1.2 比例-微分控制 . 3 2 P 和 PI 控制参数设计 . 4 2.1 原系统分析 4 2.1.1 初始条件. 4 2.1.2 原系统稳定性分析. 4 2.2 P 控制参数设计. 5 2.2.1 加入 P 控制器后系统稳定性分析. 5 2.2.2 加入 P 控制器后系统动态性能指标计算. 7 2.3 PI 控制参数设计. 14 2.3.1 加入 PI 控制器后系统稳定性分析. 14 2.3.2 加入 PI 控制器后系统动态性能指标计算. 16 3 P 和 PI 控制特点的比较 23 3.1 比例（P
2、）控制器： 23 3.2 比例-积分（PI）控制器： 24 4 心得体会. 24 5 参考文献. 26 附录一. 27 附录二. 29 1 摘 要 在自动控制系统中， 被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理 量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度，压力或飞行航迹等；而控制装置 则是对被控对象施加控制作用的机构的总体， 它可以采用不同的原理和方式对被 控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。 对于比例（P）控制，在串联校正中，加大比例系数可以提高系统的开环增 益，减小系统的稳态误差，从而提高系统的控制精度，但也会降低系统的相对稳 定性。 比例积分（PI）控制器
3、相当于在系统中加入了一个位于原点的开环极点，从 而提高了系统型别， 改善了其稳态性能。 同时也增加了一个位于 S 平面左半平面 的开环零点，减小了阻尼程度，缓和了系统极点对于系统稳定性及动态过程产生 不利影响。 根据系统的需要和调节要求，可以选择多种方式的校正系统，各种系统的性 能会有所差异，选取最优的组合最大化满足校正要求，从而使之达到最好的校正 效果。 关键词：关键词：自动控制系统，比例（P）控制，比例积分（PI）控制 2 1 P 和 PI 控制原理 1.1 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。单独的比例控制也称“有差控制” ，输 出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大
4、输出越大。实际应用中，比 例度的大小应视具体情况而定，比例度太大，控制作用太弱，不利于系统克服扰 动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太小，控制作用太强， 容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。 对于反应灵敏、放大能力强的被控对象，为提高系统的稳定性，应当使比例 度稍小些；而对于反应迟钝，放大能力又较弱的被控对象，比例度可选大一些， 以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差。 比例（P）控制主要组成部分是比例环节，其中比例环节的方块图如图 1 所 示： 图1 比例环节方块图 其传递函数为： 0 Us K Us i 单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允
5、许 有一定余差存在的场合。工业生产中比例控制规律使用较为普遍。 比例环节主要由运算放大器、纯电阻、滑动变阻器等组成，其控制器实质上 是一个具有可调增益的放大器。 在信号变换过程中，P 控制器值改变信号的增益而不影响其相位。在串联校 正中，加大了控制器增益k，可以提高系统的开环增益，减小的系统稳态误差， 3 从而提高系统的控制精度。 1.2 比例-微分控制 比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点 就是控制及时、迅速。只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。但是，不能 最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。 克服余差的办法是在比例控制的基础 上加上积分控制作用。 比例积
6、分（PI）控制主要组成部分是比例积分环节，其中比例积分环 节的方块图如图2所示 图2 比例积分环节方块图 其传递函数为： 0 Us 1 () Us i K TS 积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。这里的“积分”指的是 “积累”的意思。积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差 存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会不断累积（输出值越来越大或越来越 小） ，一直到偏差为零，累积才会停止。所以，积分控制可以消除余差。积分控 制规律又称无差控制规律。 在串联校正时，PI 控制器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点， 同时也增加了一个位于 s 左半平面的开环零点。 位于原点的极点可以提高系统的 型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能；而增加的负实零点 4 则用来减小系统的阻尼程度，缓和 PI 控制器极点对系统稳定性及动态性能产生 的不利影响。只要积分时间常数 i T 足够大，PI 控制器对系统稳定性的不利影响 可大为减弱，在控制工程中，PI 控制器主要用来改善控制系统的
