数字pid控制算法ppt培训课件

《数字pid控制算法ppt培训课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章数字PID控制算法5.1准连续PID控制算法5.2对标准PID算法的改进5.3PID调节器参数的选择5.4应用实例5.5小结按偏差的比例、积分、微分进行控制的调节器称为PID调节器，是连续系统中技术最成熟、应用最广泛的一种调节器。其结构简单、参数易于调整，目前在长期应用中已经积累了丰富的经验，特别对于控制对象精确数学模型难以建立，系统的参数又经常发生变化的场合非常适用。本章将重点介绍数字PID控制算法及与此有关的问题。5.1准连续PID控制算法一、模拟PID调节器PID调节器是一种线性调节器，它将设定值w与实际输出y进行比较构成控制偏差e=w-y，并将其比例、积分、微分通过线

2、性组合构成控制量(如图5-1)，这也是P(比例)I(积分)D(微分)调节器名称的由来。1）比例调节器是最简单的一种调节器，其控制规律为u=Ke+u0其中K为比例系数；u0为控制量基准，即e=0时的控制作用。图5-2显示了比例调节器对于偏差阶跃变化的时间响应。易见，比例调节器对于偏差e是即时反应的。它虽简单快速但对于具有自平衡性(即系统阶跃响应终值为一有限值)的控制对象存在静差，加大比例系数可以减小静差，但当K过大时，会使动态质量变坏，引起被控量振荡甚至导致闭环不稳定。从图5-3看出PI调节器对于偏差的响应除按比例变化的成分外，还带有累计的成分。只要偏差值不为零，它将通过累计作用影响

3、u，并减小偏差，直至e为0，控制作用不再变化，系统才能达到稳定。故积分环节的加入有助于消除系统静差。3)比例积分微分调节器积分调节作用的加入，虽然可以消除静差，但花出的代价是降低了响应速度。为了加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，不但对偏差量作出即时反应，而且对偏差量的变化趋向作出反应，使偏差消灭于萌芽状态之中。为了达到这一目的，可以在上述PI调节器的基础上再加入微分调节以得到PID调节器的如下控制规律式中，Td为微分时间。理想的PID调节器对偏差阶跃变化的响应如图5-4所示，它在偏差e阶跃变化的瞬间t＝t0处有一冲击式瞬时响应，这是由附加的微分环节引起的。它对偏差的任何变

4、化都产生一控制作用ud，以调整系统输出，阻止偏差的变化。偏差变化越快，ud越大，反馈校正量则越大。故微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。它加快了系统的动作速度，减小调整时间，从而改善了系统的动态性能。二、数字PID控制算法由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此式（5-3）中的积分和微分项不能直接准确计算，只能用数值计算的方法逼近。在采样时刻t＝iT（T为采样周期），模拟PID调节规律可通过下数值公式近似计算上式的控制算法提供了执行机构的位置ui(如阀门开度)，所以称为位置式PID控制算法。增量式PID算法增量式PID算法与位置

5、式相比，有下列优点:①位置式算法每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累计误差。而增量式只需计算增量，当存在计算误差或精度不足时，对控制量计算的影响较小。②控制从手动切换到自动时，必须首先将计算机的输出值设置为原始阀门开度u0，才能保证无冲击切换。如果采用增量算法，则由于算式中不出现u0项，易于实现手动到自动的无冲击切换。此外，在计算机发生故障时，由于执行装置本身有寄存作用，故可仍然保持在原位。因此，在实际控制中，增量式算法要比位置式算法应用更为广泛。图5-6给出了增量式PID控制算法子程序的流程。在初始化时，应在内存固定单元置入调节参数d0,d

6、1,d2和设定值w，并设置误差初值ei=ei-1=ei-2=0.5.2对标准PID算法的改进“饱和”作用的抑制在实际过程中，控制变量因受执行元件机械和物理性能的约束而限制在有限范围内，即其变化率也有一定的限制范围，即如计算机给出的控制量在上述范围内，那么控制可以按预期的结果进行。如超出上述范围，则实际执行的将不再是计算值，由此将得不到预期结果，这类效应叫做“饱和”效应。因这种现象在给定值发生突变时特别容易发生，故有时也称作“启动效应”。1）PID位置算法的积分饱和作用及其抑制产生积分饱和的原因若给定值w从0突变到w*且有PID位置算式算出的控制量U超出限制围，如U＞Umax，则实际

7、执行的控制量为上界值Umax.而不是计算值。此时系统输出y虽不断上升，但由于控制量受到限制，其增长要比没有限制时慢，偏差e将比正常情况下持续更长的时间保持在正值，故位置式算式中积分项有较大累积值。当输出超出给定值w*后，偏差虽然变为负值，但由于积分项的累积值很大，还要经过相当一段时间t后控制变量才能脱离饱和区，这样，就使系统输出出现了明显超调。显然，在PID位置算法中“饱和作用”主要是由积分项引起的，故称为“积分饱和”。克服积分饱和的几种常用方法遇限削弱积分法这一修正