计算机控制技术大作业2015

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1、深圳大学考试答题纸（以论文、报告等形式考核专用）二O—四〜二O—五学年度第2_学期课程編号1700470001课程名称计算机控制技术主讲教师评分学号姓名专业年级12测控技术与仪器教师评语:题目：数字PID控制算法的参数整定PID控制算法具有结构简单、易于实现、不依赖于数学模型、鲁棒性好、适用面广等优点，在工、11＜控制中被广泛采用。按照计算机控制系统的模拟化设计思想，将模拟PTD控制算法进行离散化处理，得到近似等效的数字PID控制算法，并用计算机加以实现。请查阅近期文献，总结PID控制器参数整定方法的

2、新发展，要求至少详细说明一种教材中未提及的整定方法，注明文献出处。[^(0+1.数字PID控制算法1.1数字PID控制算法的含义在计算机控制系统中，按偏差信号的比例、积分和微分进行控制的控制器称为PID控制器，其控制规律称为PID控制算法。PID控制算法具有结构简单、易于实现、不依赖于数学模型、鲁棒性强、使用面广等优点，在工业工程控制系统中被广泛应用。PTD控制算法是目前技术最成熟、应用最为普遍的一种控制方法。按照计算机控制系统的模拟化设计思想，将连续系统的模拟P1D控制算法进行离散化处理，得到近似等

3、效的数字PID控制算法，并用计算机加以实现，从而使PID控制算法具有更大的灵活性和适用性。1.2标准数字PID控制算法e（t）PID控制器是一种线性控制器，忘胃定值与实际输出值的偏差的比例、积分和微分进行线性组合，形成控制量输出，如图3-1所示。r(t)3-1PID控制器方框图因此，连续系统中D(s)的传递函数为=心（1++7?)(1-1)df（i-2）s、Tde（t）其中，例系数，为积分时间常数，为微分时间常数，为PID控制器的输入，为PTD控制器的输出。由式（1-1）和式（1-2）可知，PID控制

4、器的输出是由比例控制、积分控制和微分控制三项组成，三项在控制器中所起的控制作用相互独立。因此，在实际应用中，根据被控对象的特性和控制要求，可以选择其结构，形成不同形式的控制器，如比例（P）控制器，比例积分（PI）控制器，比例微分（PD）控制器等。这些控制器采用的是计算机控制系统模拟化设计方法，要用计算机实现连续系统中的模拟PTD控制规律，就要对其进行离散化处理，变成数字PID控制器。在采样周期远小于信号变化周期时，可作如e{t)-e(k)tkk£e(t)dt-=T[e(j)7=oj=o(1-3)dee

5、(k)-e(k-i)e(k)-e(k-1)dt式中，T为采样周期，k=l，2,3...j...k为采样序列PID控制规律:u(t)=Kp[e(t)+T/-f]+u0(1-4)将(1-3)带入(1-4)中，有：⑻=Kp{e(k)+-+^[e(k)-e(k-1)]}+u,7=01翊卿爾评神KSe(j、+Kd[e(k)-e(k-l)]+uQ>o(1-5)(1-6)Kd=K为积分系数式中，e(k)是数字PID控制器的输入，为第Tk个采样时刻的偏差值；u(k)第k个采样时刻数字PID控制器的齡j±FFA：为微分

6、系数。由式（1-6）得出的控制量为全量值输出，也就是每次的输出值都与执行机构的位置（如控制阀门的开度）一一对应，所以把它称之为位置式数字PTD控制算法。当控制系统中的执行器为步进电机、电动调节阀、多圈电位器等具有保持历史位置功能的装置时，需要的不是控制量的绝对数值，而是其增量值。因此，需要由数字P1D位置式导出数字PID控制算法的增量式。感室娜）位擊哪:即数字控制器输出的是相邻两次采样时刻所计算的位置Kp[e(k)——1)]+K^+K,[e(k)-2^k-i)+e(k-2)]（1-7）由于式（1-7）

7、得出的是数字PID控制器输出控制量的增量值，因此，称之为增量式数字P1D控制算法。它只需要保持三个采样时刻的偏差值。3改进的数字IUD控制算法根据系统的实际要求，对PTD控制算法进行改进，以提高系统的控制品质。maxmax实际过程控制系统中，执行元件（如电机或阀门）自身的机械物理特性决定了其受控范围是有限的，同日t/o/A转的数值范围也是有限的，因此要求计算输出的控制量及^化率应满世(1-8)(1-9)式中，和minmax式中，为控制器允许输出变化率的最大值。若计算机输出的控制量在式（1-8）和（1-

8、9）规定的范围之内，控制是有效的；一旦超出这个范围，则达不到期望的控制效果。当系统有较大的扰动或给定值有较大变化时，位置式PID积分项有较大累积，使计算结果超出限定范围，执行机构无相应的动作，使调整时间加长，超调增大。该现象称为“积分饱和”。在PID控制算法的增量式中，当给定值发生阶跃变化时，由比例项和微分项计算出的控制增量将会增大，如果超过了执行机构所允许的最大限度，同样会引起饱和现象，使系统出现过大的超调和持续振荡，动态品质变差。为了避免出现饱和现象