数字PID控制及其算法.ppt

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1、第七章 数字PID控制及其算法第七章第七章 数字数字PID控制及其算法控制及其算法 PIDPID控制方式：采用比例、积分、微分的控制方式。控制方式：采用比例、积分、微分的控制方式。P I D P I D 模拟模拟PIDPID控制算法：用于模拟控制系统控制算法：用于模拟控制系统模拟系统过程控制：被测参数（模拟量：温度、压力、流模拟系统过程控制：被测参数（模拟量：温度、压力、流量）由传感器变换成统一的标准信号后输入调节器，在调量）由传感器变换成统一的标准信号后输入调节器，在调节器中与给定值进行比较，再把比较后的差值经节器中与给定值进行比较，再把比较后的差值经PIDPID运算运算后送到执行机构，改变

2、进给量，以达到自动调节的目的。后送到执行机构，改变进给量，以达到自动调节的目的。数字数字PIDPID控制算法：用于数字控制系统控制算法：用于数字控制系统数字系统过程控制：先把过程参数进行采样，并通过模拟数字系统过程控制：先把过程参数进行采样，并通过模拟量输入通道将模拟量变成数字量，这些数字量通过计算机量输入通道将模拟量变成数字量，这些数字量通过计算机按一定控制算法进行运算处理，运算结果经按一定控制算法进行运算处理，运算结果经D/AD/A转换成模转换成模拟量后，由模拟量输出通道输出，并通过执行机构去控制拟量后，由模拟量输出通道输出，并通过执行机构去控制生产，以达到给定值。生产，以达到给定值。第七

3、章 数字PID控制及其算法第七章第七章 数字数字PID控制及其算法控制及其算法 计算机控制系统的优点是：计算机控制系统的优点是：一机多用一机多用控制算法灵活控制算法灵活可靠性高可靠性高可改变调节品质，提高产品的产量和质量可改变调节品质，提高产品的产量和质量生产安全，可改善工人劳动条件生产安全，可改善工人劳动条件 第七章 数字PID控制及其算法第七章第七章 数字数字PID控制及其算法控制及其算法 计算机控制的主要任务是设计一个数字调节器。计算机控制的主要任务是设计一个数字调节器。常用的控制方法有：常用的控制方法有：程序控制和顺序控制程序控制和顺序控制PIDPID控制控制调节器的输出是其输入的比例

4、、积分、微分的函数调节器的输出是其输入的比例、积分、微分的函数直接数字控制直接数字控制最优控制最优控制模糊控制模糊控制 第七章 数字PID控制及其算法v7.1 7.1 PID PID调节算法调节算法 v7.27.2 PID PID算法的数字实现算法的数字实现 v7.3 7.3 数字数字PIDPID调节中的几个实际问题调节中的几个实际问题v7.4 7.4 数字数字PIDPID算法的发展算法的发展v7.57.5 PID PID参数的整定方法参数的整定方法 第七章 数字PID控制及其算法7.1 7.1 PID PID调节算法调节算法 v7.1.1 PID调节器的优点 v7.1.2 PID调节器的作用

5、 第七章 数字PID控制及其算法7.1.1 PID调节器的优点调节器的优点 PID调节器之所以经久不衰，主要有以下优点：调节器之所以经久不衰，主要有以下优点：v1.技术成熟技术成熟 v2.易被人们熟悉和掌握易被人们熟悉和掌握 v3.不需要建立数学模型不需要建立数学模型 v4.控制效果好控制效果好 返回第七章 数字PID控制及其算法7.1.2 PID调节器的作用调节器的作用 v1.比例调节器 v2.比例积分调节器v3.比例微分调节器 v4.比例积分微分调节器 第七章 数字PID控制及其算法1.比例调节器比例调节器 1、比例调节器的微分方程为：、比例调节器的微分方程为：式中：式中：y 调节器输出调

6、节器输出 KP 比例系数比例系数 e(t)调节器输入偏差调节器输入偏差 由由上上式式可可以以看看出出，调调节节器器的的输输出出与与输输入入偏偏差差成成正正比比。因因此此，只只要要偏偏差差出出现现，就就能能及及时时地地产产生生与与之之成成比比例例的的调调节节作作用用，具具有有调调节节及及时时的的特特点。点。第七章 数字PID控制及其算法阶跃响应特性曲线图阶跃响应特性曲线图2、比例调节器的特性曲线、比例调节器的特性曲线比例调节作用的大小，比例调节作用的大小，除了与偏差有关，主要除了与偏差有关，主要取决于比例系数取决于比例系数KP：KP越大越大调节作用越强调节作用越强动态特性越好动态特性越好KP越小

7、越小调节作用越弱调节作用越弱动态特性越差动态特性越差第七章 数字PID控制及其算法3、优缺点、优缺点优点：调节及时，只要有偏差出现，就能及时产生优点：调节及时，只要有偏差出现，就能及时产生 与之成比例的调节作用。与之成比例的调节作用。缺点：存在静差，对扰动较大，惯性较大的系统，缺点：存在静差，对扰动较大，惯性较大的系统，难于兼顾动态和静态特性。难于兼顾动态和静态特性。返回第七章 数字PID控制及其算法2.比例积分调节器比例积分调节器1、积分调节器、积分调节器积积分分作作用用：是是指指调调节节器器的的输输出出与与输输入入偏偏差差的的积积分成比例的作用。分成比例的作用。积分调节器的微分方程为：积分

8、调节器的微分方程为：式中：式中：TI 积分时间常数（它表示积分速度的大小）积分时间常数（它表示积分速度的大小）TI越大，积分速度越慢，积分作用越弱越大，积分速度越慢，积分作用越弱 TI越小，积分速度越快，积分作用越强越小，积分速度越快，积分作用越强第七章 数字PID控制及其算法积分作用响应曲线图积分作用响应曲线图积分作用的响应特性曲线积分作用的响应特性曲线积分作用的特点：输出与偏积分作用的特点：输出与偏差存在的时间有关，只要偏差差存在的时间有关，只要偏差存在，输出就会随着时间不断存在，输出就会随着时间不断增长，直到偏差消除，输出才增长，直到偏差消除，输出才不会变化。不会变化。优缺点优缺点优点：

9、能消除静差优点：能消除静差缺点：动作缓慢，在偏差刚出缺点：动作缓慢，在偏差刚出现时，调节器作用弱，不能及现时，调节器作用弱，不能及时克服扰动的影响，致使被调时克服扰动的影响，致使被调参数的动态偏差增大。参数的动态偏差增大。第七章 数字PID控制及其算法2、比比例例积积分分调调节节器器：若若将将比比例例和和积积分分两两种种作用结合起来，就构成作用结合起来，就构成PI调节器。调节器。调节规律调节规律第七章 数字PID控制及其算法PI调节器的输出特性曲线图调节器的输出特性曲线图特性曲线特性曲线一开始：一开始：比例调节作用比例调节作用比例输出比例输出Y1随后：随后：积分作用积分作用在同一方向，在在同一

10、方向，在Y1 的基础上输出值不断增大的基础上输出值不断增大最后：最后：PI调节器的输出趋于稳定值调节器的输出趋于稳定值KIKPe(t)第七章 数字PID控制及其算法优缺点优缺点优点：克服了比例调节有静差存在的缺点，又避免优点：克服了比例调节有静差存在的缺点，又避免 了积分调节响应慢的缺点，静态和动态特性了积分调节响应慢的缺点，静态和动态特性 得到了改善。得到了改善。缺点：当控制对象具有较大的惯性时，无法得到很缺点：当控制对象具有较大的惯性时，无法得到很 好的调节品质。好的调节品质。返回第七章 数字PID控制及其算法3.比例微分调节器比例微分调节器 1、微分调节器、微分调节器微分方程为：微分方程

11、为：式中：式中：TD 微分时间常数微分时间常数微分作用的响应特性曲线微分作用的响应特性曲线tt0时，加入阶跃信号，输出值时，加入阶跃信号，输出值Y 变化速度很大变化速度很大tt0时，输出值时，输出值Y迅速变为迅速变为0第七章 数字PID控制及其算法 微微分分作作用用的的特特点点：输输出出只只能能反反应应偏偏差差输输入入变变化化的的速速度度，对对于于固固定定不不变变的的偏偏差差，不不会会有有微微分分作用输出。作用输出。优缺点优缺点v优点：使过程的动态品质得到改善优点：使过程的动态品质得到改善v缺缺点点：不不能能消消除除静静差差，只只能能在在偏偏差差刚刚出出现现时时产产生一个很大的调节作用生一个很

12、大的调节作用第七章 数字PID控制及其算法2、比比例例微微分分调调节节器器：若若将将比比例例和和微微分分两两种种作用结合起来，就构成作用结合起来，就构成PD调节器调节器调节规律调节规律第七章 数字PID控制及其算法特性曲线特性曲线PD调节器的阶跃响应曲线图调节器的阶跃响应曲线图 偏偏差差刚刚出出现现瞬瞬间间，PD调调节节器器输输出出一一个个很很大大的的阶阶跃跃信信号号，然然后后按按指指数数下下降降，以以至至最最后后微微分分作作用用完完全全消消失失，变成一个纯比例环节变成一个纯比例环节。返回第七章 数字PID控制及其算法4.比例积分微分调节器比例积分微分调节器 为为了了进进一一步步改改善善调调节

13、节品品质质，往往往往把把比比例例、积积分分、微微分分三三种种作作用用组组合合起起来来，形形成成PID调节器。调节器。1、PID的微分方程：的微分方程：第七章 数字PID控制及其算法2、特性曲线、特性曲线返回PID调节器对阶跃响应特性曲线图调节器对阶跃响应特性曲线图 对于对于PID调节器，调节器，在阶跃信号作用下，首在阶跃信号作用下，首先是比例和微分作用，先是比例和微分作用，使其调节作用加强，再使其调节作用加强，再进行积分，最后消除静进行积分，最后消除静差。差。第七章 数字PID控制及其算法7.2 PID算法的数字实现 v7.2.1 PID算法的数字化 v7.2.2 PID算法的程序设计 第七章

14、 数字PID控制及其算法7.2.1 PID算法的数字化算法的数字化 1、在在模模拟拟调调节节系系统统中中，PID控控制制算算法法的的模模拟拟表表达式为：达式为：式中：式中：y(t)调节器的输出信号调节器的输出信号e(t)调节器的偏差信号（它等于给定值与测量值之差）调节器的偏差信号（它等于给定值与测量值之差）KP 调节器的比例系数调节器的比例系数TI 调节器的积分时间调节器的积分时间TD 调节器的微分时间调节器的微分时间第七章 数字PID控制及其算法2、离散化后的、离散化后的PID控制算法的表达式控制算法的表达式积分项和微分项用求和及增量式表示积分项和微分项用求和及增量式表示离散的离散的PID表

15、达式表达式位置控制算式位置控制算式式中：式中：t=T 采样周期采样周期 e(n)第第n次采样时的偏差次采样时的偏差 e(n-1)第第n-1次采样时的偏差次采样时的偏差 n 采样序号采样序号第七章 数字PID控制及其算法PID表达式改动表达式改动增量控制算式增量控制算式用用Y(n)Y(n1)得：得：式中：式中：整理得：整理得：式中：式中：第七章 数字PID控制及其算法 增量式增量式PID算法的优点：算法的优点：增增量量式式PID算算法法只只需需保保持持当当前前时时刻刻以以前前三三个个时时刻刻的的误差即可。它与位置式误差即可。它与位置式PID相比，有下列优点：相比，有下列优点：）位位置置式式PID

16、算算法法每每次次输输出出与与整整个个过过去去状状态态有有关关，计计算算式式中中要要用用到到过过去去误误差差的的累累加加值值，因因此此，容容易易产产生生较较大大的的累累积积计计算算误误差差。而而增增量量式式PID只只需需计计算算增增量量，计计算算误差或精度不足时对控制量的计算影响较小。误差或精度不足时对控制量的计算影响较小。）控控制制从从手手动动切切换换到到自自动动时时，位位置置式式PID算算法法必必须须先先将将计计算算机机的的输输出出值值置置为为原原始始阀阀门门开开时时，才才能能保保证证无无冲冲击击切切换换。若若采采用用增增量量算算法法，与与原原始始值值无无关关，易易于于实实现现手动到自动的无

17、冲击切换。手动到自动的无冲击切换。返回第七章 数字PID控制及其算法7.2.2 PID算法程序设计算法程序设计 在在许许多多控控制制系系统统中中，执执行行机机构构需需要要的的是是控控制制变变量量的的绝绝对对值值而而不不是是其其增增量量，这这时时仍仍可可采采用用增增量量式式计计算算，但但输输出出则则采采用用位位置置式式的的输输出出形形式式。由由增增量量控控制制算算式式可可得：得：式中：式中：e(n)=wu(n)：w给定值给定值 u(n)第第n次实际输入值次实际输入值 KP比例系数比例系数 I=T/TI积分系数积分系数 D=TD/T微分系数微分系数 T采样周期采样周期第七章 数字PID控制及其算法

18、第七章 数字PID控制及其算法7.3 数字数字PID调节中的几个实际问题调节中的几个实际问题 v7.3.1 正、反作用问题正、反作用问题v7.3.2 饱和作用的抑制饱和作用的抑制 v7.3.3 手动手动/自动跟踪及手动后援问题自动跟踪及手动后援问题 第七章 数字PID控制及其算法7.3.1 正、反作用问题正、反作用问题 在模拟调节器中，一般都是通过偏差进行调节的。偏在模拟调节器中，一般都是通过偏差进行调节的。偏差的极性与调节器输出地极性有一定的关系，且不同的系差的极性与调节器输出地极性有一定的关系，且不同的系统有不同的要求，存在正、反作用之分。统有不同的要求，存在正、反作用之分。例如：例如：正

19、作用：炉膛压力调节系统中，当测量压力值高于给定值正作用：炉膛压力调节系统中，当测量压力值高于给定值时，将阀门开大，以减小炉膛压力。时，将阀门开大，以减小炉膛压力。反作用：煤气加热炉温调节系统中，当测量温度高于给定反作用：煤气加热炉温调节系统中，当测量温度高于给定值时，将阀门关小，以降低炉膛温度。值时，将阀门关小，以降低炉膛温度。在模拟控制系统中调节器的正、反作用是靠改变模拟在模拟控制系统中调节器的正、反作用是靠改变模拟调节器中的正、反作用开关的位置来实现的。调节器中的正、反作用开关的位置来实现的。第七章 数字PID控制及其算法7.3.1 正、反作用问题正、反作用问题 在数字控制系统中，可用两种

20、方法来实现正、反作用控制：在数字控制系统中，可用两种方法来实现正、反作用控制：改变偏差改变偏差E(K)的公式的公式正作用：正作用：E(K)=M(K)-R(K)反作用：反作用：E(K)=R(K)-M(K)其中其中M(K)是测量值，是测量值，R(K)是给定值是给定值对运算结果进行改变对运算结果进行改变E(K)计算公式不变，若需要反作用时，在完成计算公式不变，若需要反作用时，在完成PID运算之后，运算之后，先将其结果求补，而后再送到先将其结果求补，而后再送到D/A转换器进行转换，进而输转换器进行转换，进而输出。出。第七章 数字PID控制及其算法7.3.2 饱和作用的抑制饱和作用的抑制 在在PID控控

21、制制系系统统中中由由于于积积分分作作用用，存存在在饱饱和和现现象象，这这种种现现象象会会引引起起大大幅幅度度的的超超调调，使使系系统统不不稳稳定定，所所以以要要对对饱饱和和作用进行抑制。作用进行抑制。抑制方法主要有：抑制方法主要有：遇限削弱积分法遇限削弱积分法有效偏差法有效偏差法第七章 数字PID控制及其算法7.3.2 饱和作用的抑制饱和作用的抑制 1、遇限削弱积分法、遇限削弱积分法基基本本思思想想：一一旦旦控控制制量量进进入入饱饱和和区区，则则停停止止进进行行增增大大积积分分的运算。的运算。在在计计算算P(K)值值时时，先先判判断断P(K-1)是是否否超超过过限限制制范范围围，如如果果超超出

22、出，将将根根据据偏偏差差的的符符号号，判判断断系系统统的的输输出出是是否否进进入入超调区域，再决定是否将相应偏差计入积分项。超调区域，再决定是否将相应偏差计入积分项。P(K-1)Pmax，且，且E(K)0P(K-1)Pmin，且，且E(K)0，所所以积分不积累以积分不积累P(K-1)Pmax，但但E(K)0或或P(K-1)Pmin，且，且E(K)Pup，则，则P(k)=Pup若若P(k)Pdown，则，则P(k)=Pdown第七章 数字PID控制及其算法7.3.2 饱和作用的抑制饱和作用的抑制 限位问题限位问题 第七章 数字PID控制及其算法7.3.3 手动手动/自动跟踪及手动后援问题自动跟踪

23、及手动后援问题 手动手动/自动跟踪：自动跟踪：在在自自动动调调节节系系统统中中，由由手手动动到到自自动动切切换换时时，必必须须能能够够实实现现自自动动跟跟踪踪，即即在在由由手手动动到到自自动动切切换换时时刻刻，PID的的输输出出等等于于手手动动时时的的阀阀位位值值，然然后后再再采采样样周周期期进进行行自自动动调调节节，所所以以系系统统要能采样两种信号：自动要能采样两种信号：自动/手动状态；手动时的阀位值。手动状态；手动时的阀位值。手动后援：手动后援：系系统统切切换换到到手手动动时时，要要能能够够输输出出手手动动控控制制信信号号，能能够够完完成这一功能的设备，就叫做手动后援。成这一功能的设备，就

24、叫做手动后援。第七章 数字PID控制及其算法双双刀刀双双掷掷开开关关SA处处于于1-1的的位位置置时时，系系统统运运行行于于自自动动方方式式，执执行行机机构构由由D/A的的输输出控制出控制双双刀刀双双掷掷开开关关SA处处于于2-2的的位位置置时时，系系统统转转入入手手动动方方式式，执执行行机机构构由由电电位位器器RP控制控制A/D转换器用来检测手动时阀门的位置。转换器用来检测手动时阀门的位置。第七章 数字PID控制及其算法工作原理：判断工作原理：判断SW的状态的状态SW=1，手动，不进行，手动，不进行PID运算，返回主程序。运算，返回主程序。SW=0，自动，进行增量型，自动，进行增量型PID运

25、算，计算运算，计算P(k)P(k)=P(k)+P0手动到自动的第一次采样的输出值手动到自动的第一次采样的输出值P(k)=P(k)+P(k-1)第七章 数字PID控制及其算法第七章 数字PID控制及其算法7.4 PID算法的发展算法的发展 v7.4.1 不完全微分的PID算式v7.4.2 积分分离的PID算式 v7.4.3 变速积分的PID算式 第七章 数字PID控制及其算法7.4.1 不完全微分的不完全微分的PID算式算式 当当有有阶阶跃跃信信号号输输入入时时，微微分分项项输输出出急急剧剧增增加加，容容易易引引起起控控制制过过程程的的振振荡荡，为为了了解解决决这这一一问问题题，同同时时要要保保

26、证证微微分分作作用用有有效效，采用不完全微分的采用不完全微分的PID算式。算式。1、传递函数表达式、传递函数表达式第七章 数字PID控制及其算法7.4.1 不完全微分的不完全微分的PID算式算式 2、不完全微分的、不完全微分的PID算式算式与理想的与理想的PID算式相比，多一项（算式相比，多一项（K-1）次采样的微分输出量。）次采样的微分输出量。第七章 数字PID控制及其算法 完完全全微微分分项项对对于于阶阶跃跃信信号号只只是是在在采采样样的的第第一一个个周周期期产产生生很很大大的的微微分分输输出出信信号号，不不能能按按照照偏偏差差的的变变化化趋趋势势在在整整个个调调节节过过程程中中起起作作用

27、用，而而是是急急剧剧下下降降为为0，容容易易引引起起系系统统振振荡荡，且且完完全全微微分分在在第第一一个个采采样样周周期期里里作作用用很很强强，容容易产生溢出。易产生溢出。在在不不完完全全微微分分系系统统中中，其其微微分分作作用用是是逐逐渐渐下下降降的的，因因而而使使系系统统变变化化比比较缓慢，不易引起振荡。较缓慢，不易引起振荡。第七章 数字PID控制及其算法7.4.2 积分分离的积分分离的PID算式算式 当偏差较大时，由于积分项的作用，会产生一个很大的超当偏差较大时，由于积分项的作用，会产生一个很大的超调量，使系统不停地振荡。为了消除这一现象，采用积分分离调量，使系统不停地振荡。为了消除这一

28、现象，采用积分分离的方法。的方法。1、积分分离的、积分分离的PID控制：控制：在控制量开始跟踪时，取消积分作用，当被调量接近给定在控制量开始跟踪时，取消积分作用，当被调量接近给定值，即偏差小于一个定值后，才产生积分作用。值，即偏差小于一个定值后，才产生积分作用。2、积分分离、积分分离PID控制的算式控制的算式PD控制控制PID控制控制第七章 数字PID控制及其算法3、控制过程曲线、控制过程曲线 具有积分分离作用的控制过程曲线如下图所示。具有积分分离作用的控制过程曲线如下图所示。积积分分分分离离的的PID控控制制可可以以防防止止一一开开始始就就有有过过大大的的控控制制量量，而而且且即即使使进进入

29、入饱饱和和后后，因因积积分分积积累累小小，也也能能较快退出，减少超调。较快退出，减少超调。AAPD控制：控制：OM段，段，NP段段PID控制：控制：MN段，段，PR段段MONPR第七章 数字PID控制及其算法4、流程图：、流程图：PID控制控制PD控制控制第七章 数字PID控制及其算法7.4.3 变速积分的变速积分的PID算式算式 1、系统对积分项的要求：、系统对积分项的要求：系统偏差大，则要求积分作用减弱以至全无。系统偏差大，则要求积分作用减弱以至全无。系统偏差小，则要求积分作用加强系统偏差小，则要求积分作用加强 否否则则，积积分分系系数数取取大大了了会会产产生生超超调调，甚甚至至积积分分饱

30、饱和和，取小了又迟迟不能消除静差。取小了又迟迟不能消除静差。2、普普通通的的PID调调节节算算法法：积积分分系系数数KI是是常常数数，在在整整个个调调节节过程中，积分增益不变。过程中，积分增益不变。3、变变速速积积分分的的PID控控制制：设设法法改改变变积积分分项项的的累累加加速速度度，使使其与偏差的大小相对应。其与偏差的大小相对应。偏差越大偏差越大积分越慢，积分作用弱积分越慢，积分作用弱 偏差越小偏差越小积分越快，积分作用强积分越快，积分作用强第七章 数字PID控制及其算法7.4.3 变速积分的变速积分的PID算式算式 4、变变速速积积分分的的PID控控制制的的实实现现：设设置置一一系系数数

31、f(E(k)，它它是是E(k)的的函函数数，当当|E(k)|增增大大时时，f减减小小，反反之之则则增增大大。每每次次采采样样后后，用用f(E(k)乘乘以以E(k)，再再进进行累加，即行累加，即 第七章 数字PID控制及其算法7.4.3 变速积分的变速积分的PID算式算式 f值值在在01区区间间内内变变化化，它它和和E(k)的的关关系系可可以以是是线性或高阶的。线性或高阶的。第七章 数字PID控制及其算法7.4.3 变速积分的变速积分的PID算式算式 优点：优点：消除积分饱和现象消除积分饱和现象大大减小了超调量，容易使系统稳定大大减小了超调量，容易使系统稳定适应能力强适应能力强参数容易整定，各参

32、数之间的影响小参数容易整定，各参数之间的影响小 第七章 数字PID控制及其算法7.5 PID参数的整定方法参数的整定方法 PID数字调节器整定的参数有：数字调节器整定的参数有：v比例系数比例系数KPv积分时间积分时间TIv微分时间微分时间TDv采样周期采样周期T参数选择的确定方法：参数选择的确定方法：v通过实验确定通过实验确定v通过试凑法确定通过试凑法确定v通过实验的经验公式确定通过实验的经验公式确定第七章 数字PID控制及其算法v7.5.1 采样周期的确定采样周期的确定 v7.5.2 归一参数整定方法归一参数整定方法v7.5.3 优选法优选法v7.5.4 扩充临界比例度法扩充临界比例度法 第

33、七章 数字PID控制及其算法7.5.1 采样周期的确定采样周期的确定 采样周期越小采样周期越小数字仿真越精确数字仿真越精确控制效果越接近于连续控制效果越接近于连续控制系统控制系统1、影响采样周期的因素、影响采样周期的因素（1）根据香农采样定理，系统采样频率的下限为）根据香农采样定理，系统采样频率的下限为fs=2fmax，此，此时系统可真实地恢复到原来的连续信号。时系统可真实地恢复到原来的连续信号。（2）从从执执行行机机构构的的特特性性要要求求来来看看，有有时时需需要要输输出出信信号号保保持持一一定的宽度。采样周期必须大于这一时间。定的宽度。采样周期必须大于这一时间。（3）从控制系统的随动和抗干

34、扰的性能来看，要求采样周期）从控制系统的随动和抗干扰的性能来看，要求采样周期短些。短些。（4）从微机的工作量和每个调节回路的计算来看，一般要求）从微机的工作量和每个调节回路的计算来看，一般要求采样周期大些。采样周期大些。（5）从计算机的精度看，过短的采样周期是不合适的。）从计算机的精度看，过短的采样周期是不合适的。第七章 数字PID控制及其算法7.5.1 采样周期的确定采样周期的确定 采样周期的选择方法：采样周期的选择方法：计算法计算法 比较复杂，被控系统各环节时间常数难以确定，工程上比较复杂，被控系统各环节时间常数难以确定，工程上较少用。较少用。经验法经验法根据具体情况和经验粗选一个根据具体

35、情况和经验粗选一个T送入控制系统进行试验送入控制系统进行试验根根据实际控制效果，反复修改据实际控制效果，反复修改T 满意为止满意为止第七章 数字PID控制及其算法常用被测量的经验采样周期常用被测量的经验采样周期第七章 数字PID控制及其算法7.5.2 归一参数整定方法归一参数整定方法整定方法：整定方法：整定参数整定参数KP。第七章 数字PID控制及其算法7.5.3 优选法优选法 应用优选法对自动调节参数进行整定也是经验法的一种。应用优选法对自动调节参数进行整定也是经验法的一种。方法：根据经验，先把其他参数固定方法：根据经验，先把其他参数固定 用用 0.618法法 对对 其其 中中 某某 一一

36、个个 参参 数数 进进 行行 优优 选选，待待 选选 出最佳参数后，再换另一个参数进行优选出最佳参数后，再换另一个参数进行优选 把所有的参数优选完毕把所有的参数优选完毕 最最 后后 根根 据据 T、KP、TI、TD诸诸 参参 数数 优优 选选 的的 结结 果果 取一组最佳值即可取一组最佳值即可第七章 数字PID控制及其算法7.5.4 扩充临界比例度法扩充临界比例度法 扩扩充充临临界界比比例例度度法法是是简简易易工工程程整整定定方方法法之之一一。它它是是基基于于模模拟拟调调节节器器中中使使用用的的临临界界比比例例度度法法的的一一种种PID数数字字调调节器参数整定方法。节器参数整定方法。步骤：步骤

37、：选择一个足够短的采样周期选择一个足够短的采样周期Tmin。求出临界比例度求出临界比例度u和临界振荡周期和临界振荡周期Tu。方方法法：将将上上述述采采样样周周期期Tmin输输入入到到计计算算机机控控制制系系统统中中，并并只只有有比比例例控控制制，逐逐渐渐缩缩小小比比例例度度，直直到到系系统统产产生生等等副副振振荡荡为为止止。所所得得到到的的比比例例度度即即为为临临界界比比例例度度u，相相应应的振荡周期称为临界振荡周期的振荡周期称为临界振荡周期Tu。第七章 数字PID控制及其算法7.5.4 扩充临界比例度法扩充临界比例度法 选择控制度选择控制度 所谓控制度，就是以模拟调节器为基准，将所谓控制度，

38、就是以模拟调节器为基准，将DDC的的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较，其评价函数通控制效果与模拟调节器的控制效果相比较，其评价函数通常采样误差平方积分表示。常采样误差平方积分表示。通常当控制度为通常当控制度为1.05时，表示时，表示DDC系统与模拟系统系统与模拟系统的控制效果相当。的控制效果相当。第七章 数字PID控制及其算法7.5.4 扩充临界比例度法扩充临界比例度法 根据控制度，查下表即可求出根据控制度，查下表即可求出T，KP，TI和和TD的值的值将按照上面的方法求得的参数，加到系统中运行，观察将按照上面的方法求得的参数，加到系统中运行，观察控制效果，再调整参数，直到获得满意的控制效果。控制效果，再调整参数，直到获得满意的控制效果。控制度控制规律TKPTITD1.05PI0.03Tu0.53u0.88Tu-PID0.014Tu0.63u0.49Tu0.14Tu1.2PI0.05Tu0.49u0.91Tu-PID0.043Tu0.47u0.47Tu0.16Tu1.5PI0.14Tu0.42u0.99Tu-PID0.09Tu0.34u0.43Tu0.20Tu2.0PI0.22Tu0.36u1.05Tu-PID0.16Tu0.27u0.4Tu0.22Tu