基于智能积分的改进增量式PID算法.pdf

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1、基于智能积分的改进增量式PID算法邵伟，凌丹(电子科技大学机电学院，四川成都611731)量式PID算法，引入智能积分项来抑制超调。并利用Matlabfunction模块编写算法进行仿真，结果证明，该算I一墨】l‘签同时也表明Matlabfunction模块可以扩展Simulink功能，使算法代码文本化，易于向实关键词：改进增鲑式PID；智能积分；采样控制；Matlabfunction模块中图分类号：TP302．7文献标识码：A文章编号：1009—9492(2010)l1—0046—03l引言图l中R为输人参考值，为反馈

2、值e=R。r构成系统偏差．作为PID的输入。PID调节又叫PID控制，是比例、积分、微分调节的简称。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型，参模拟PID控制器的控制规律为：数易于整定．使用方便，因而成为应用广泛的控制器⋯。与位置式算法相比。增量式PID算法要求保留前两个)+e(t)dt+7=I】(1)时刻的偏差。分析发现，位置式PID算法的积分项计算量其中，K。为比例系数；为积分常数；为微分常较大，其余两项计算量较小。于是考虑只对积分项进行增数。量运算，其它两项仍按位置式计算。这样可设计一种位置PID控制器各校正

3、环节的作用如下。式与增量式相结合的PID算法，并采用智能积分项来抑制比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)，积分饱和作用。偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。为了模拟实际的采样控制系统，必须进行离散系统与比例系数的增大可加快系统响应．但存在静差，有超调甚连续系统混合仿真。常规的方法有两种，一是采用MAT．至振荡现象。LAB编程语言．编写大量复杂而烦琐的源程序代码进行仿积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。真，其编程复杂、工作量较大，也很不直观¨2；二是利用积分作用的强弱取决于积分时间常数，

4、r越大，积分作Simulink现有的功能模块进行搭建，但对自定义的算法往用越弱，反之则越强。积分系数的增大，会降低了反应速往难以灵活实现。如果算法能够纯文本化．那么将大大缩度，增加超调。短从仿真到实际_T程应用的时间。Simulink／MatlabFunc．微分环节：反映偏差信号的变化趋势。并能在偏差信tion模块可方便地实现此功能，充分发挥MATLAB编程灵号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信活与Simulink简单直观的各自优势。号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。2PID控制规律的离散化2-2数字

5、PID控制2．1模拟PID控制计算机控制是一种采样控制．常通过中断方式反复调PID调节是一种负反馈闭环控制。PID校正器通常将被用控制算法，根据测得的反馈值计算输出量。而这一过程控对象串联连接，设置在负反馈闭环控制的前向通道上。是一个离散的过程．所以必须对连续系统进行离散化处理。如果为采样周期．用离散采样时刻点代替连续时bil间t．以和式代替积分，以增量代替微分．可以如下近似图1PID控制模型变换：收稿日期：2010一O5—29研究与这样只需要保留前一个时刻的偏差值，所以加快了计f=kTk=0，1，2，·一，算节拍，从形

6、式上也可以看出比例、积分、微分系数对系专妻，统的不同影响。了de(t)P(七)一(七一1)3智能积分控制dtT在控制系统中引入积分控制作用是减小系统稳态偏差的重要途径。但它有以下几个缺点：代人式(1)可得离散型PID控制规律(1)积分作用针对性不强；(2)只要偏差存在，就一直进行积分，容易造成“积(七)={L()+j=：oe()+【()一(七一1)】}J(2)分饱和”：(3)积分参数设置不当，容易造成系统振荡；M()——第时刻PID调节器输出值：为了不克服上述缺点，如图2所示，只在区间(a，e()——第k时刻的偏差；b)

7、、(C，d)、(e，f)等进行积分，而在区间(o，a)、e(k一1)——第k—l时刻的偏差。(b，c)、(d，e)、(f，g)等停止积分，靠系统的惯性向如果采样周期较小．上述数值计算过程和连续调节稳态过程过渡。此时系统仍受到比例与微分的作用，所以过程十分接近。式(2)表示的控制算法是直接按定义计并不是失控状态。算的，所以称为直接全量式(或称位置式)。2-3经典增量式PID算法由式(2)知，第k—1次输出值为fc一t式(2-2)与式(2-3)两式相减得图2典型二阶系统单位阶跃响应曲线Au(k)=u(k)一u(k一1)：K【

8、P(七)一e(k一1)]+K，P(七)+(4)该方法有选择的“记忆”了有用的信息，略去了无用【P(七)一2e(k一1)+P(七一2)】的信息，具有仿人智能的非线性积分作用。智能积分判断条件：引入仿人智能行为特征变量，当其中积分系数Ki=K—，微分系数Kd=K争，e·Ae>0表示偏差的绝对值逐渐增大：当e·Ae<0表示