数字PID控制算法b课件.ppt

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1、本章主要内容数字滤波和数据处理数字PID控制算法基于数字PID控制的多回路控制系统模型预测控制模糊控制控制策略的工程实现10/8/20211第六章计算机控制系统中的控制策略第一节Unit1数字滤波和数据处理DataFilteringandDataProcessing10/8/20212第六章计算机控制系统中的控制策略本节主要内容采样数据的合理性判别及报警数字滤波数字处理软测量简介10/8/20213第六章计算机控制系统中的控制策略6-1数字滤波和数据处理进行数字滤波和处理的必要性实际中的计算机控制系统是采样系统

2、，采样中的原始信号除了开关量、频率量、脉冲量外，大量的是模拟信号主要内容合理性的判别与滤波进行线性化处理软测量的基本思想10/8/20214第六章计算机控制系统中的控制策略5-1-1采样数据的合理性判别及报警(1)越限的限幅与报警设某通道当前采样值为y(k)yL≤y(k)≤yH时;y(k)为当前采样有效值y(k)>yH,取y(k)=yH(上限值)，报警y(k)

3、断分析判断的根据过程机理等客观规律和操作经验根据运算模块进行检查常见的处理方法一般通道：有限次数后报警，停止在线程序重要通道：设计冗余或故障诊断系统甚至容错系统10/8/20216第六章计算机控制系统中的控制策略5-1-2数字滤波（又称软件滤波）数字滤波的必要性及优点与RC滤波器结合使用，可抑制大多数引入过程的干扰不需要增加硬设备稳定性好,且一种滤波程序可以反复调用使用灵活、方便,便于修改10/8/20217第六章计算机控制系统中的控制策略算术平均值滤波其中算术平均的次数m值决定了信号的平滑度和灵敏度。适用于对

4、流量、压力及沸腾状液面一类信号作平滑处理。5-1-2数字滤波—平均值滤波法（1）10/8/20218第六章计算机控制系统中的控制策略5-1-2数字滤波—平均值滤波法（2）实现方法可以在一个采样瞬间对一个测点多次采样后,计算出其平均值也可以对多个采样周期的平均采样值作递推滤波使用递推运算时,为加快运算速度,可以利用上一次计算出的值,通过下面的递推平均滤波算式计算出当前采样时刻的有效采样信号。10/8/20219第六章计算机控制系统中的控制策略5-1-2数字滤波—平均值滤波法（3）加权递推平均滤波(滑动平均值滤波)

5、基本思想：算术平均值滤波对每个采样值给出相同的权重系数,即1/m。若要增加新采样值在有效信号中的比重,提高系统对当前所受干扰的灵敏度,实际应用时,可采用加权递推平均滤波,其算式为常数ai的选取是多种多样的，满足10/8/202110第六章计算机控制系统中的控制策略5-1-2数字滤波—中值滤波法（1）中值滤波的基本原理在某采样瞬间对被测参数连续采样3次或3的倍数,选择大小居中的数据（或数组再作平均后）作为有效信号。适用范围能有效地去除由于偶然因素引起的波动或因采样器的不稳定造成的误码等脉冲性干扰。平均值滤波对具有

6、周期性干扰噪声的信号比较有效，中值滤波法对偶然出现的脉冲干扰信号有良好的滤波效果，可结合使用。10/8/202111第六章计算机控制系统中的控制策略5-1-2数字滤波—惯性滤波法(一阶滞后滤波)惯性滤波法基本概念用软件实现RC低通滤波器功能,动态方程为其中Tf=RC，称为滤波时间常数离散化后动态方程，T为采样周期,得,0＜a＜1,称为滤波系数。10/8/202112第六章计算机控制系统中的控制策略5-1-2数字滤波—程序判断滤波基本概念克服偶然的、大幅度的跳码干扰比较两个相邻采样瞬间采样值的大小关键正确选择Δy

7、0。故该法又叫限速(变化率)滤波法

8、y(k)-y(k-1)

9、≤Δy0,则y(k)=y(k)>Δy0,则y(k)=y(k-1)10/8/202113第六章计算机控制系统中的控制策略5-1-2数字滤波各种滤波方法的特点与应用平均值滤波适用于周期性干扰；加权平均递推滤波适用于纯滞后较大的过程；中值滤波和程序判断滤波适用于偶然出现的脉冲干扰；惯性滤波适用于高频干扰。10/8/202114第六章计算机控制系统中的控制策略5-1-3数据处理目的经过处理后，可直接引用采样数据。常见的数据处理内容线性化处理：(1)孔板差压与流

10、量(2)热电偶的热电势与温度校正运算：如温度补偿测量值与工程量的转换：(1)线性值公式；(2)开方值转换公式；(3)热电偶与热电阻公式10/8/202115第六章计算机控制系统中的控制策略5-1-4软测量简介（1）问题的提出背景实际生产过程中，一些重要质量指标变量如精馏塔的产品组分浓度、生物发酵罐中菌体浓度、炼铁炉中的温度等都难以直接测量，以前的解决方法：（1）采用间接的质量指标：如温