PID控制原理详解及实例说明.pdf

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1、PID控制原理详解及实例说明5.1PID控制原理与程序流程5.1.1过程控制的基本概念过程控制――对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制。一、模拟控制系统图5-1-1基本模拟反馈控制回路被控量的值由传感器或变送器来检测，这个值与给定值进行比较，得到偏差，模拟调节器依一定控制规律使操作变量变化，以使偏差趋近于零，其输出通过执行器作用于过程。控制规律用对应的模拟硬件来实现，控制规律的修改需要更换模拟硬件。二、微机过程控制系统1图5-1-2微机过程控制系统基本框图以微型计算机作为控制器。控制规律的实现，是通过软件来完成的。改变控制规律，只要改变相

2、应的程序即可。三、数字控制系统DDC图5-1-3DDC系统构成框图DDC(DirectDigitalCongtrol)系统是计算机用于过程控制的最典型的一种系统。微型计算机通过过程输入通道对一个或多个物理量进行检测，并根据确定的控制规律(算法)进行计算，通过输出通道直接去控制执行机构，使各被控量达到预定的要求。由于计算机的决策直接作用于过程，故称为直接数字控制。DDC系统也是计算机在工业应用中最普遍的一种形式。5.1.2模拟PID调节器一、模拟PID控制系统组成图5－1－4模拟PID控制系统原理框图二、模拟PID调节器的微分方程和传输函数PID调

3、节器是一种线性调节器，它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。1、PID调节器的微分方程1tde(t)u(t)KPe(t)e(t)dtTDT0dtI式中e(t)r(t)c(t)2、PID调节器的传输函数U(S)1D(S)KP1TDSE(S)TSI三、PID调节器各校正环节的作用1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统

4、的无差度。积分作用的强弱取决于积分2时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。5.1.3数字PID控制器一、模拟PID控制规律的离散化模拟形式离散化形式e(t)r(t)c(t)e(n)r(n)c(n)de(t)e(n)e(n1)dTTtnne(t)dt0e(i)TTe(i)i0i0二、数字PID控制器的差分方程nTTDu(n)KPe(n)e(i

5、)e(n)e(n1)u0TIi0Tu(n)u(n)u(n)uPID0式中u(n)Ke(n)称为比例项PPnTuI(n)KPe(i)称为积分项TIi0TDu(n)Ke(n)e(n1)称为微分项DPT三、常用的控制方式1、P控制u(n)u(n)uP02、PI控制u(n)u(n)u(n)uPI03、PD控制u(n)uP(n)uD(n)u04、PID控制u(n)uP(n)uI(n)uD(n)u0四、PID算法的两种类型1、位置型控制――例如图5－1－5调节阀控制nTTDu(n)KP

6、e(n)e(i)e(n)e(n1)u0TIi0T2、增量型控制――例如图5－1－6步进电机控制3u(n)u(n)u(n1)TTDKe(n)e(n1)Ke(n)Ke(n)2e(n1)e(n2)PPPTTI【例5—1】设有一温度控制系统，温度测量范围是0～600℃，温度采用PID控制，控制指标为450±2℃。已知比例系数K4,积分时间T60s，微分时间T5s，采样周期PIDT5s。当测量值c(n)448，c(n1)449，c(n2)442时，计算增量输出u(n)。若u(n

7、1)1860，计算第n次阀位输出u(n)。解：将题中给出的参数代入有关公式计算得T51TD15KK4，KK412，IPDPT603T5I由题知，给定值r450，将题中给出的测量值代入公式（5－1－4）计算得e(n)rc(n)4504482e(n1)rc(n1)4504491e(n2)rc(n2)4504522代入公式（5－1－16）计算得1u(n)4(21)212221(2)193代入公式（5－1－19）计算得u(n)u(n1)u(n)1860

8、(19)18415.1.4PID算法的程序流程一、增量型PID算法的程序流程1、增量型PID算法的算式u(n)a0e(n)a1