微型计算机控制技术第五章ppt课件.ppt

《微型计算机控制技术第五章ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、自动化控制系统的核心是控制器。控制器的任务是按照一定的控制规律，产生满足工艺要求的控制信号，以输出驱动执行器，达到自动控制的目的。在传统的模拟控制系统中，控制器的控制规律或控制作用是由仪表或电子装置的硬件电路完成的，而在计算机控制系统中，除了计算机装置以外，更主要的体现在软件算法上，即数字控制器的设计上。第5章数字控制器的设计第5章数字控制器的设计数字控制器是自动控制系统中的控制策略内容，分别有间接数字控制器和直接数字控制器等。间接数字控制器中应用最广泛的控制器是PID（Proportional、Inte

2、gral和Differential的缩写）控制器，特点是结构简单，参数易于整定，技术成熟。直接数字控制器常用的有最少拍无差系统、最少拍无波纹系统、变换法以及纯滞后对象的控制算法——大林算法等。电气信息学院第5章数字控制器的设计主要内容：5.1PID数字控制器设计5.2最少拍控制器的直接设计5.3W变换与大林算法（滞后系统）■控制系统分连续和离散两种■PID控制是按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器简称为PID（Proportional-Integral-Differential）调节器PID调节是连续

3、系统中技术最成熟、应用最广泛的一种调节方式，其调节的实质是根据输入的偏差值，按比例、积分、微分的函数关系进行运算，其运算结果用于输出控制。在计算机进入控制领域后，用计算机实现数字PID算法代替了模拟PID调节器。5.1PID控制器设计电气信息学院在连续控制系统中，常常采用如图1所示的PID控制。其控制规律为（10-1）图1模拟PID控制系统框图PID控制原理图PID算法优点1）PID算法可演义出多种控制算法以适用不同的控制对象，如P控制器、I控制器、PI控制器、PID控制器等。2）参数整定方便：主要指初始

4、值的设置，可采用试验法、试凑法等，而不需要根据`控制对象的精确数学模型计算。3)不需要建立数学模型,易于离散及程序实现,控制效果好。4）由P、I、D算法构成的控制器都是线性控制器控制器输出的e（t）=r（t）—y（t）5.1PID控制器设计电气信息学院PID控制实现的控制方式◆模拟方式：用电子电路调节器，在调节器中，将被测信号与给定值比较，然后把比较出的差值经PID电路运算后送到执行机构，改变给进量，达到调节之目的。◆数字方式：用计算机进行PID运算，将计算结果转换成模拟量，输出去控制执行机构。§5.1.

5、1模拟PID控制规律1.比例（P）控制器●最简单控制器，实际上是增益可调整放大器，即有u（t）=Kp·e（t）u（t）——控制器输出Kp——比例系数e（t）——控制器输入e（t）控制器（kp）u（t）e（t）u（t）y（t）电气信息学院y（t）y（t）u（t）e（t）r（t）Kp被控对象反馈通道总是朝着e（t）趋近0的方向调节，但永远不能等于零。例：若偏差e（t）为一个阶跃信号，则比例控制器的响应关系如图所示t0e(t)u（t）Kp>1Kp=1Kp<1e（t）01电气信息学院静差：控制过程稳定时，r（t

6、）与y（t）之差，即静态偏差。系统稳定是u（t）不为0的稳定，否则无法产生y（t）。当维持系统稳定的u（t）一定是要减少e（t），只能加大Kp。Kp过大，系统动态品质变坏：被控量振荡直至系统不稳定。Kp大小要兼顾静差小、动态品质好两方面因素。比例控制器虽然简单、快速，但仅有比例控制器的系统存在静差。电气信息学院2.比例、积分（PI）控制器消除静差的办法是在P基础上加I，构成PI控制器，规律为u（t）=Kp[e（t）+（1/TI）e（t）dt]=Kp·e（t）+Kp·（1/TI）e（t）dtT

7、I—积分时间.系统方块图如图所示+-u（t）PI被控对象输入通道y（t）yCF(t)e（t）R(t)电气信息学院控制规律：积分调节的特点：调节器的输出与偏差存在的时间有关。只要偏差不为零，输出就会随时间不断增加，并减小偏差，直至消除偏差，控制作用不再变化，系统才能达到稳态。其中：为积分时间常数。缺点：降低响应速度。图3PI调节器的阶跃响应00upKpK0tiTut110t0et（补充）比例微分调节器控制规律：其中：为微分时间常数。微分调节的特点：在偏差出现或变化的瞬间，产生一个正比于偏差变化率的控制作用，

8、它总是反对偏差向任何方向的变化，偏差变化越快，反对作用越强。故微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。它加快了系统的动作速度，减小调整时间，从而改善了系统的动态性能。缺点：太大，易引起系统不稳定。图4理想PD调节器的阶跃响应101et0t00tutpK0u3.比例积分微分PID控制器PI器虽然可以消除静差，但它是以降低响应速度为代价的，而且TI越大，代价越高。在实际控制系统中，人们不但要求静差可以为0，而且还