第四章计算机控制系统的控制策略ppt课件.ppt

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1、第四章计算机控制系统的控制策略4.1数字PID控制4.2串级控制4.3大林算法4.4数字控制器设计方法1第四章计算机控制系统的控制策略(1)模拟系统的过程控制将被测参数由传感器变成统一的标准信号送入控制器，在控制器中与给定值进行比较；然后将比较出的差值经PID运算后送到执行器，改变控制量，以达到自动调节的目的。(2)数字控制器的调节过程首先将过程参数进行采样，通过模拟量输入通道变成数字量；数字量通过计算按一定控制算法进行运算处理；运算结果由模拟量输出通道输出，通过执行器控制生产，达到给定值。2第四章计算机控制系统的

2、控制策略(3)计算机实现过程控制的优点多回路控制——节省设备费用；控制规律灵活多样；系统维护简单、可靠性高；改善调节品质。(4)设计数字控制器的方法用经典控制理论设计模拟控制器，在DDC系统中用数字方法对PID进行数字模拟；用采样控制理论进行数字直接分析和设计；3常规仪表控制系统框图4D(z)Ho(s)Gc(s)e*(t)u*(t)E(z)U(z)r(t)+_R(z)G(z)c(t)C(z)给定值计算机输出通道D/A输入通道A/D广义对象被控变量y输入通道A/D数字控制器的模拟化设计——利用经典控制理论设计模拟调节

3、器，用数字方法对PID进行模拟数字控制器的直接设计——把计算机控制系统中的连续部分数字化，把整个系统看作离散系统，用离散化的方法设计控制器5表4—1控制系统的研究方法分类方法系数输入量与输出量之关系数学工具使用函数现代控制理论连续系统离散系统微分方程拉氏变换传递函数状态方程差分方程Z变换脉冲传递函数离散时间状态方程64.1数字PID控制PID控制广泛应用的原因：技术成熟———常规PID、各种PID控制变形；接受程度高——操作人员熟悉；不需要求出数学模型；控制效果好。74.1.1模拟PID控制器1、比例控制器（P）只

4、要偏差e(t)一出现，就能及时的产生与之成比例的调节作用，具有调节及时，改善动态特性的优点，它是一种最基本的调节规律。对于大多数惯性环节，KP太大时会引起自激震荡。主要缺点是存在静差。对于扰动较大、惯性也较大的系统，若采用单纯的比例调节器，就难于兼顾动态和静态特性。8控制作用u系统实际输出y9对于大多数惯性环节，Kp太大时会引起自激震荡。102、比例积分控制器（PI）所谓积分作用，是指调节器的输出与输入偏差的积分成比例的作用。优点：消除静差。只要有偏差存在，输出就会随时间不断增长，直到偏差消除，调节器的输出才不会变

5、化。缺点：作用动作缓慢，且在偏差刚一出现时，调节器作用很弱，不能及时克服扰动的影响，致使被调参数的动态偏差增大，调节过程增长，因此很少单独使用。1112如果把比例和积分两种作用合起来，就构成PI调节器：既克服了单纯比例调节器有静差存在的缺点，又避免了积分调节器响应慢的缺点，即静态和动态特性均得到了改善，所以应用比较广泛。13143、比例微分控制器（PD）微分作用，在偏差刚刚出现偏差值尚不大时，根据偏差变化的趋势，提前给出较大的调节作用，使偏差尽快消除。由于调节及时，可以大大减小系统的动态误差及调节时间，使过程的动态

6、品质得到改善。特点：输出只能反应偏差输入变化的速度，而对于一个固定不变的偏差则不会有微分作用输出。因此，微分作用不能消除静差，而只能在偏差刚刚出现的时刻产生一个很大的调节作用。15比例积分微分控制器（PID）调节过程——首先是比例和微分作用，加强调节作用；然后再进行积分作用，直到消除静差。PID控制优点——改善静态、动态调节品质；16PD调节器PID调节器说明：并非所有工业控制系统都需要使用PID调节器，PI、PD调节器也常常被人们所采用，因为它们比较简单。究竟使用哪种调节器，应根据具体情况和现场实验进行选定。17

7、184.1.2数字PID控制器控制算法将其离散化，用数字形式的差分方程来代替连续系统的微分方程1、PID算法的数字化(1)PID算法的模拟表达式：19(2)离散PID算法(3)位置型PID算法20(4)增量式PID算法21增量控制优点：增量控制误动作时影响小，必要时可用逻辑判断的方法去掉；手动/自动切换时冲击比较小；不产生积分失控，所以容易获得较好的调节效果。增量控制缺点：积分截断效应大，有静态误差；溢出的影响大。222、PID算法程序设计(1)位置型PID算法的程序设计根据式（4-14）编写的位置型PID程序积分

8、系数微分系数23将小数或混合小数化为整数由于用汇编语言进行浮点运算非常麻烦，运算前通过乘以2N将其化为整数，然后把运算结果再乘以2-N，即可恢复到原来的数值；KP，KI，KD可采用同一比例因子折算。采用16位有符号指令运算计算U(k)时采用32位加法，这样可以提高计算精度；定义A/D采样值单元为16位，不会造成计算溢出。24DATASEGMENTUREQU0