数字PID控制算法(11).ppt

第五章 数字PID控制算法之一杨根科杨根科杨根科杨根科上海交通大学自动化系上海交通大学自动化系上海交通大学自动化系上海交通大学自动化系20072007年年年年3 3月月月月内容提要n概述n准连续PID控制算法n对标准PID算法的改进nPID调节器的参数选择n小结概述n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nPID调节是连续系统中技术最成熟、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。n在实际应用中，根据具体情况，可以灵活地改变PID的结构，取其一部分进行控制概述（2）nPID调节器的优点 技术成熟 易被人们熟悉和掌握 不需要建立数学模型 控制效果好概述（3）nPID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。n调节器设计问题-.n终端控制器设计问题-.准连续PID控制算法n模拟PID调节器准连续PID控制算法（2）比例调节器 其中：控制器的输出 比例系数 调节器输入偏差 控制量的基准比例作用：迅速反应误差，但不能消除稳态误差，过大容易引起不稳定准连续PID控制算法（3）比例积分调节器其中：积分时间常数积分作用：消除静差，但容易引起超调，甚至出现振荡准连续PID控制算法（4）比例微分调节器其中：微分时间常数微分作用：减小超调，克服振荡，提高稳定性，改善系统动态特性准连续PID控制算法（5）比例积分微分调节器准连续PID控制算法（6）n数字PID控制算法 用数值逼近的方法实现PID控制规律 数值逼近的方法：用求和代替积分、用后向差分代替微分，使模拟PID离散化为差分方程 两种形式：位置式、增量式准连续PID控制算法（7）位置式PID控制算法位置式控制算法提供执行机构的位置uk，需要累计ek准连续PID控制算法（8）增量式PID控制算法增量式控制算法提供执行机构的增量uk，只需要保持现时以前3个时刻的偏差值即可准连续PID控制算法（9）位置式与增量式PID控制算法的比较准连续PID控制算法（10）增量式算法不需做累加，计算误差和计算精度问题对控制量的计算影响较小；位置式算法要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累计误差。控制从手动切换到自动时，位置式算法必须先将计算机的输出值置为原始值 u0 时，才能保证无冲击切换；增量式算法与原始值无关，易于实现手动到自动的无冲击切换。在实际应用中，应根据被控对象的实际情况加以选择。一般认为，在以闸管或伺服电机作为执行器件，或对控制精度要求较高的系统中，应当采用位置式算法；而在以步进电机或多圈电位器作执行器件的系统中，则应采用增量式算法。准连续PID控制算法（11）位置式PID控制算法的程序设计 思路：将三项拆开，并应用递推进行编程 比例输出 积分输出 微分输出准连续PID控制算法（12）增量式PID控制算法的程序设计 初始化时，需首先置入调节参数d0，d1，d2和设定值w，并设置误差初值ei=ei1=ei2=0?对标准PID算法的改进n积分饱和作用及其抑制 积分饱和：如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差，由于积分的作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行结构已无相应的动作，控制信号则进入深度饱和区。影响：饱和引起输出超调，甚至产生震荡，使系统不稳定。改进方法：遇限削弱积分法、积分分离法、有限偏差法