数字PID改进算法与参数整定ppt课件.ppt

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1、第13节数字PID改进算法及参数整定一不完全微分PID算法二微分先行PID算法三PID参数的整定四PID算法的发展一不完全微分PID算法1.标准PID算法中微分作用的局限性对于偏差e(k)的阶跃变化，微分作用仅限于第一个采样周期，并容易引起振荡因为udt/T1对于e(k)的单位阶跃变化，有当偏差e(k)变化较大时，微分作用项ud将很大，容易导致输出饱和，即微分饱和；2.不完全微分PID算法基本思想对微分环节或整个PID环节串入一个惯性环节（低通滤波器），以平滑微分作用产生的瞬时脉动，加强微分作用对全过程的影响，

2、同时还可以抑制高频噪声。算法推导不完全微分PID算法具有两种形式：a.惯性环节只加在微分项上KpE(s)U(s)b.惯性环节串联在整个PID调节器之后TdsE(s)U(s)U(s)对于第一种结构，有其中UP(s)与UI(s)与标准算法中形式一样用向后差分法离散化，可得对于第二种结构，有离散化之后可得★控制效果仅讨论惯性环节在微分部分▲完全微分PID算法▲不完全微分PID算法对于偏差e(k)的阶跃变化，不完全微分算法有控制效果（图）udt/T12345876Oet/TO不完全微分项的控制信号比较均匀、平缓二微分先行

3、PID算法★基本思想将微分运算放在最前面，再对微分运算的结果进行比例和积分运算，有助于克服噪声及其它突变信号对控制器输出量带来的冲击。★结构1对偏差值e(k)进行微分，即对给定值和输出量（反馈量）均有微分作用。适合于串级控制的副控回路，给定值由主控调节器给定。其中0<<1，一般可取0.03～0.1KpE(s)U(s)PID的s传函为这里，令算法推导将微分部分用一阶向后差分离散化，可得写成增量形式总的增量输出为则总的控制量输出为比例通道输出积分通道输出★结构2只对输出量进行微分，而不对给定值进行微分运算.Kp+U

4、(s)R(s)C(s)－在给定值频繁提降的场合，该结构可避免因输入突变导致输出的跃变。三PID参数的整定1PID参数对控制性能的影响比例系数——Kp动态性能：Kp越大，响应速度越快，同时振荡次数增加，调节时间增长，而Kp过大，系统可能会不稳定。稳态性能：Kp越大，稳态误差越小，但一般不能完全消除静差。积分时间常数——Ti动态性能：Ti越小，积分作用越强，快速性增加，但稳定性下降；稳态性能：积分作用有助于消除静差。微分时间常数——Td微分作用有利于改善动态性能，如减少超调和振荡次数，加快响应过程与缩短调节时间等，但

5、对噪声敏感，抗扰性下降；Td必须选择适中，过大和过小均不能获得好的控制性能。2.PID参数整定方法包括理论设计整定法与实验整定法。工程上通常采用实验经验法。如果采样周期远远小于被控过程的时间常数，原则上模拟PID调节器的参数整定方法均可扩充到数字PID算法的参数整定中。★扩充临界比例系数法◆整定步骤：▲选取一个足够小的采样周期Tmin▲去掉积分和微分控制作用，采用纯比例控制，逐步增大Kp，直至出现等幅振荡，记下临界比例系数Kr和临界振荡周期Tr；tc(t)oTr▲选择控制度，即数字控制器相对于模拟控制器的一个评价

6、函数：通常认为，当控制度为1.05时，二者控制效果相当。▲根据测得的Kr、Tr和选定的控制度查表（如P119表5.1所示）计算采样周期T和PID参数Kp、Ti、Td；▲按计算所得的参数投入在线运行，检验效果，并进一步微调，直到满意为止。★扩充响应曲线法主要步骤：▲在系统开环情况下（断开数字控制器），给对象施加一阶跃输入，测得被控量的响应曲线；▲在对象响应曲线上的拐点处作一切线，求得等效滞后时间和等效时间常数Tm，并计算它们的比值Tm/。tc(t)oTm拐点▲选择适当的控制度；▲查表（如P120表5.2所示）

7、计算求得采样周期T和PID参数Kp、Ti、Td；▲投入实际运行，观察控制效果，适当修正参数。四PID算法的发展变参数的PID控制当工况发生变化时，能及时改变PID参数与之相适应。参数自寻优PID控制在线自动整定和调整参数，使控制性能处于最优状态。智能PID控制将PID控制与人工智能技术结合，形成各种智能PID算法。