数字PID控制及其算法.ppt

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1、第七章数字PID控制及其算法PID控制方式：采用比例、积分、微分的控制方式。PID模拟PID控制算法：用于模拟控制系统模拟系统过程控制：被测参数（模拟量：温度、压力、流量）由传感器变换成统一的标准信号后输入调节器，在调节器中与给定值进行比较，再把比较后的差值经PID运算后送到执行机构，改变进给量，以达到自动调节的目的。数字PID控制算法：用于数字控制系统数字系统过程控制：先把过程参数进行采样，并通过模拟量输入通道将模拟量变成数字量，这些数字量通过计算机按一定控制算法进行运算处理，运算结果经D/A转换成模拟量后，由模

2、拟量输出通道输出，并通过执行机构去控制生产，以达到给定值。第七章数字PID控制及其算法计算机控制系统的优点是：一机多用控制算法灵活可靠性高可改变调节品质，提高产品的产量和质量生产安全，可改善工人劳动条件第七章数字PID控制及其算法计算机控制的主要任务是设计一个数字调节器。常用的控制方法有：程序控制和顺序控制PID控制调节器的输出是其输入的比例、积分、微分的函数直接数字控制最优控制模糊控制7.1PID调节算法7.2PID算法的数字实现7.3数字PID调节中的几个实际问题7.4数字PID算法的发展7.5PID参数的整定

3、方法7.1PID调节算法7.1.1PID调节器的优点7.1.2PID调节器的作用7.1.1PID调节器的优点PID调节器之所以经久不衰，主要有以下优点：1.技术成熟2.易被人们熟悉和掌握3.不需要建立数学模型4.控制效果好返回7.1.2PID调节器的作用1.比例调节器2.比例积分调节器3.比例微分调节器4.比例积分微分调节器1.比例调节器1、比例调节器的微分方程为：式中：y—调节器输出KP—比例系数e(t)—调节器输入偏差由上式可以看出，调节器的输出与输入偏差成正比。因此，只要偏差出现，就能及时地产生与之成比例的调

4、节作用，具有调节及时的特点。阶跃响应特性曲线图2、比例调节器的特性曲线比例调节作用的大小，除了与偏差有关，主要取决于比例系数KP：KP越大→调节作用越强→动态特性越好KP越小→调节作用越弱→动态特性越差3、优缺点优点：调节及时，只要有偏差出现，就能及时产生与之成比例的调节作用。缺点：存在静差，对扰动较大，惯性较大的系统，难于兼顾动态和静态特性。返回2.比例积分调节器1、积分调节器①积分作用：是指调节器的输出与输入偏差的积分成比例的作用。②积分调节器的微分方程为：式中：TI—积分时间常数（它表示积分速度的大小）TI越

5、大，积分速度越慢，积分作用越弱TI越小，积分速度越快，积分作用越强积分作用响应曲线图③积分作用的响应特性曲线④积分作用的特点：输出与偏差存在的时间有关，只要偏差存在，输出就会随着时间不断增长，直到偏差消除，输出才不会变化。⑤优缺点优点：能消除静差缺点：动作缓慢，在偏差刚出现时，调节器作用弱，不能及时克服扰动的影响，致使被调参数的动态偏差增大。2、比例积分调节器：若将比例和积分两种作用结合起来，就构成PI调节器。①调节规律PI调节器的输出特性曲线图②特性曲线一开始：比例调节作用→比例输出Y1随后：积分作用→在同一方向

6、，在Y1的基础上输出值不断增大最后：PI调节器的输出趋于稳定值KIKPe(t)③优缺点优点：克服了比例调节有静差存在的缺点，又避免了积分调节响应慢的缺点，静态和动态特性得到了改善。缺点：当控制对象具有较大的惯性时，无法得到很好的调节品质。返回3.比例微分调节器1、微分调节器①微分方程为：式中：TD—微分时间常数②微分作用的响应特性曲线t＝t0时，加入阶跃信号，输出值Y变化速度很大t＞t0时，输出值Y迅速变为0③微分作用的特点：输出只能反应偏差输入变化的速度，对于固定不变的偏差，不会有微分作用输出。④优缺点优点：使过

7、程的动态品质得到改善缺点：不能消除静差，只能在偏差刚出现时产生一个很大的调节作用2、比例微分调节器：若将比例和微分两种作用结合起来，就构成PD调节器①调节规律②特性曲线PD调节器的阶跃响应曲线图偏差刚出现瞬间，PD调节器输出一个很大的阶跃信号，然后按指数下降，以至最后微分作用完全消失，变成一个纯比例环节。返回4.比例积分微分调节器为了进一步改善调节品质，往往把比例、积分、微分三种作用组合起来，形成PID调节器。1、PID的微分方程：2、特性曲线返回PID调节器对阶跃响应特性曲线图对于PID调节器，在阶跃信号作用下，

8、首先是比例和微分作用，使其调节作用加强，再进行积分，最后消除静差。7.2PID算法的数字实现7.2.1PID算法的数字化7.2.2PID算法的程序设计7.2.1PID算法的数字化1、在模拟调节系统中，PID控制算法的模拟表达式为：式中：y(t)—调节器的输出信号e(t)—调节器的偏差信号（它等于给定值与测量值之差）KP—调节器的比例系数TI—调节器的积分时间