數(shù)字PID調(diào)節(jié)器

模擬PID調(diào)節(jié)器,模擬PID調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律為：,u(t)為調(diào)節(jié)器輸出，e(t)為調(diào)節(jié)器誤差輸入，KP為調(diào)節(jié)器比例增益,為調(diào)節(jié)器積分時(shí)間常數(shù)，,為微分時(shí)間常數(shù)。,比例作用,PID控制器中比例調(diào)節(jié)器的作用是對(duì)于偏差做出瞬間快速反應(yīng)。偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用使控制量向著減小偏差的方向變化，控制作用的強(qiáng)、弱取決于比例系數(shù)Kp。增大Kp，將加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，有利于減少靜差。但過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并可能產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。,積分作用,積分調(diào)節(jié)器的作用是把偏差積累的結(jié)果，作為它的輸出。在調(diào)節(jié)過(guò)程中，只要偏差存在，積分器的輸出就會(huì)不斷增大，直到偏差e等于0，輸出u才能維持某一常量，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)態(tài)。積分調(diào)節(jié)雖然可以消除靜差,但會(huì)降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)輸出的超調(diào)。,微分作用,微分控制器的作用是阻止偏差的變化，偏差變化越快，微分調(diào)節(jié)器的輸出也越大。因此微分作用的加入有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。但微分環(huán)節(jié)對(duì)噪聲有敏感的反應(yīng)，所以在電機(jī)控制中，一般不加入微分環(huán)節(jié)，只采用PI調(diào)節(jié)器。,數(shù)字PID調(diào)節(jié)器,積分：,微分：,數(shù)字化表達(dá)式：,增量式數(shù)字PID,其中：,增量式PID,這就是增量型PID算法，它無(wú)累加計(jì)算，可以自動(dòng)改善積分飽和影響，減小超調(diào)，缺點(diǎn)是積分截?cái)嗾`差大，有靜差,標(biāo)準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)存在的問(wèn)題,具有積分作用的PI調(diào)節(jié)器，只要被調(diào)量和給定值之間有誤差，其輸出就會(huì)不停的變化。由于某種原因，誤差一時(shí)無(wú)法消除，調(diào)節(jié)器就要不停的校正這個(gè)誤差，結(jié)果很容易造成積分飽和，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致處理器溢出。因此實(shí)際應(yīng)用中必須采取一定的改進(jìn)措施避免出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象，如積分分離、遇限消弱積分、梯形積分、消除積分不靈敏區(qū)等,PI調(diào)節(jié)器改進(jìn),(1)遇限削弱積分遇限削弱積分法的基本思想是，當(dāng)控制量進(jìn)入飽和區(qū)后，只執(zhí)行削弱積分項(xiàng)的累加，而不進(jìn)行增加積分項(xiàng)的累加。在計(jì)算前，先判斷是否超過(guò)限制范圍。若已經(jīng)達(dá)到了最大限定值,則只積累負(fù)誤差；若已經(jīng)達(dá)到了最小限定值，則只積累正誤差。這種方法可以避免控制量長(zhǎng)時(shí)間停留在飽和區(qū)，從而改善控制系統(tǒng)的性能。,PI調(diào)節(jié)器改進(jìn),(2)積分分離法積分分離法的基本思想是當(dāng)輸入誤差的絕對(duì)值大于某個(gè)門(mén)限值時(shí)，不做積分調(diào)節(jié)，只做比例調(diào)節(jié)，避免PI調(diào)節(jié)器深度飽和，同時(shí)有利于PI退飽和。當(dāng)輸入誤差較小時(shí)，才引入積分作用，以消除靜差。,PI調(diào)節(jié)器改進(jìn),(3)AntiwindupPI算法AntiwindupPI算法是八十年代提出的一種算法，其框圖如圖3.3所示。在對(duì)輸出限幅后，對(duì)積分項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)在最大限定值和最小限定值之間，等于補(bǔ)償不起作用。當(dāng)大于最大限定值，取正的限定值，減去得到負(fù)值，削弱過(guò)大的正積分項(xiàng)。當(dāng)小于最小限定值，取負(fù)的限定值，減去得到正值，補(bǔ)償過(guò)大的負(fù)積分項(xiàng)。