第9章數(shù)字PID控制算法

1、第九章 數(shù)字PIDPID控制 PIDPID控制控制 本章重點(diǎn)本章重點(diǎn) v 什么是什么是PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 v PID控制規(guī)律控制規(guī)律 v 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID控制規(guī)律控制規(guī)律 v 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID算法的改進(jìn)算法的改進(jìn) v 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)整定 第九章 數(shù)字PIDPID控制 引言引言 計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)：計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)： 第九章 數(shù)字PIDPID控制 數(shù)字控制器的兩種基本設(shè)計方法：數(shù)字控制器的兩種基本設(shè)計方法： v模擬化設(shè)計方法模擬化設(shè)計方法 按連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)按連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè) 計計,然后通過某種近似然后通過某種近似,將將 連續(xù)控制器離散化為數(shù)字連續(xù)控制器離散

2、化為數(shù)字 控制器控制器 。例如：數(shù)字。例如：數(shù)字PID 控制器。控制器。 v 離散化設(shè)計方法離散化設(shè)計方法 在已知受控對象模型在已知受控對象模型 的前提下，直接根據(jù)的前提下，直接根據(jù) 采樣控制理論來設(shè)計采樣控制理論來設(shè)計 數(shù)字控制器。例如：數(shù)字控制器。例如： 最小拍控制器。最小拍控制器。 引言引言 第九章 數(shù)字PIDPID控制 什么是什么是PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器? PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的偏差，利控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的偏差，利 用偏差的比例（用偏差的比例（Proportional)、積分、積分 (Integeral)、微分、微分(Derivative)計算出計算出 控制量進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制器?？刂屏窟M(jìn)

3、行調(diào)節(jié)的控制器。 引言引言 第九章 數(shù)字PIDPID控制 PID控制實(shí)現(xiàn)的控制方式控制實(shí)現(xiàn)的控制方式 模擬方式：用電子電路調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器中，將被模擬方式：用電子電路調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器中，將被 測信號與給定值比較，然后把比較出的差值經(jīng)測信號與給定值比較，然后把比較出的差值經(jīng)PID電路運(yùn)電路運(yùn) 算后送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變給進(jìn)量，達(dá)到調(diào)節(jié)之目的。算后送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變給進(jìn)量，達(dá)到調(diào)節(jié)之目的。 數(shù)字方式：用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)字方式：用計算機(jī)進(jìn)行PID運(yùn)算，將計算結(jié)果轉(zhuǎn)換運(yùn)算，將計算結(jié)果轉(zhuǎn)換 成模擬量，輸出去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。成模擬量，輸出去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 引言引言 第九章 數(shù)字PIDPID控制 引言引言 PID的優(yōu)

4、點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn): v技術(shù)成熟技術(shù)成熟 、結(jié)構(gòu)簡單、易于調(diào)整結(jié)構(gòu)簡單、易于調(diào)整 v 不需要建立數(shù)學(xué)模型不需要建立數(shù)學(xué)模型 v 控制效果好控制效果好 PID控制器問世至今已有近控制器問世至今已有近70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn) 定性好、工作可靠、調(diào)整方便定性好、工作可靠、調(diào)整方便 而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之 一一 當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不 能完全掌握，或得不到精確能完全掌握，或得不到精確 的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的 其它技術(shù)難以采用，這時應(yīng)其它技術(shù)難以采用，這時應(yīng) 用用PID控制技術(shù)最為方便控制技術(shù)最為方

5、便 第九章 數(shù)字PIDPID控制 高精度測量、數(shù)據(jù)采集兼容的高精度測量、數(shù)據(jù)采集兼容的 PID調(diào)節(jié)儀表，具有人工智能化調(diào)節(jié)儀表，具有人工智能化 的的PID參數(shù)自整定功能，適用于參數(shù)自整定功能，適用于 溫度、壓力、液位、瞬時流量等溫度、壓力、液位、瞬時流量等 物理量的精確測量及控制。帶手物理量的精確測量及控制。帶手 動動/自動無擾動切換功能。具備通自動無擾動切換功能。具備通 訊、變送、饋電等多種輔助功能。訊、變送、饋電等多種輔助功能。 萬能輸入適配多種傳輸信號。輸萬能輸入適配多種傳輸信號。輸 出采用當(dāng)今最先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，出采用當(dāng)今最先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)， 功能靈活配制，報警可任意阻態(tài)功能靈活配制，

6、報警可任意阻態(tài) 設(shè)置。設(shè)置。 引言引言 KH103智能智能PID調(diào)節(jié)儀調(diào)節(jié)儀 第九章 數(shù)字PIDPID控制 連續(xù)控制系統(tǒng)的連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制規(guī)律控制規(guī)律 模擬模擬PID控制系統(tǒng)框圖：控制系統(tǒng)框圖： 控制結(jié)構(gòu)：控制結(jié)構(gòu)：P、PI、PD、PID 第九章 數(shù)字PIDPID控制 連續(xù)控制系統(tǒng)的連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制規(guī)律控制規(guī)律(續(xù)續(xù)) PID控制器的微分方程和傳遞函數(shù)形式為控制器的微分方程和傳遞函數(shù)形式為: P ID (9-1) (9-2) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 連續(xù)控制系統(tǒng)的連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制規(guī)律控制規(guī)律(續(xù)續(xù)) 1. 比例調(diào)節(jié)器（比例調(diào)節(jié)器（P） 比例控制是一種最簡單的控制方

7、式。其控制器的輸出比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出 與輸入偏差信號成比例關(guān)系。微分方程為與輸入偏差信號成比例關(guān)系。微分方程為: u(t)=KPe(t) (9-3) 式中：式中： u(t)為調(diào)節(jié)器輸出；為調(diào)節(jié)器輸出；Kp為比例系數(shù)；為比例系數(shù)；e(t)為調(diào)節(jié)為調(diào)節(jié) 器輸入偏差。由上式可以看出，調(diào)節(jié)器的輸出與輸入器輸入偏差。由上式可以看出，調(diào)節(jié)器的輸出與輸入 偏差成正比。因此，只要偏差出現(xiàn)，就能及時地產(chǎn)生偏差成正比。因此，只要偏差出現(xiàn)，就能及時地產(chǎn)生 與之成比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時的特點(diǎn)。比例與之成比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時的特點(diǎn)。比例 調(diào)節(jié)器的特性曲線，如圖所示。調(diào)節(jié)器的特性

8、曲線，如圖所示。 第九章 數(shù)字PIDPID控制 圖圖9-2 階躍響應(yīng)特性曲線階躍響應(yīng)特性曲線 連續(xù)控制系統(tǒng)的連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制規(guī)律控制規(guī)律(續(xù)續(xù)) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 應(yīng)用應(yīng)用MATLAB仿真用例圖仿真用例圖 連續(xù)控制系統(tǒng)的連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制規(guī)律控制規(guī)律(續(xù)續(xù)) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 Kp=1,ki=0,kd=0 kp=5, ki=0,kd=0 連續(xù)控制系統(tǒng)的連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制規(guī)律控制規(guī)律(續(xù)續(xù)) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 kp=12, ki=0,kd=0 連續(xù)控制系統(tǒng)的連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制規(guī)律控制規(guī)律(續(xù)續(xù)) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 控制規(guī)律

9、控制規(guī)律: v當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 （Steady-state error）Kp ,穩(wěn)態(tài)誤差越小穩(wěn)態(tài)誤差越小, 但不能消除。但不能消除。 v改變改變Kp可以改變比例作用，可以改變比例作用，Kp ,控制作控制作 用越強(qiáng)，系統(tǒng)響應(yīng)越快，但會帶來超調(diào)和用越強(qiáng)，系統(tǒng)響應(yīng)越快，但會帶來超調(diào)和 振蕩。振蕩。 連續(xù)控制系統(tǒng)的連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制規(guī)律控制規(guī)律(續(xù)續(xù)) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 2. 比例積分調(diào)節(jié)器（比例積分調(diào)節(jié)器（PI） 所謂比例積分調(diào)節(jié)器是指在原來所謂比例積分調(diào)節(jié)器是指在原來P調(diào)節(jié)器的基調(diào)節(jié)器的基 礎(chǔ)上再加上礎(chǔ)上再加上I調(diào)節(jié)器。

10、方程為：調(diào)節(jié)器。方程為： 式中：式中：TI是積分時間常數(shù)，它表示積分速度是積分時間常數(shù)，它表示積分速度 的大小，的大小，TI越大，積分速度越慢，積分作用越弱。越大，積分速度越慢，積分作用越弱。 積分作用的響應(yīng)特性曲線，如圖積分作用的響應(yīng)特性曲線，如圖9-3所示。所示。 連續(xù)控制系統(tǒng)的連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制規(guī)律控制規(guī)律(續(xù)續(xù)) )( 1 )()(dtte T teKptu I (9-4) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 圖圖9-3 PI調(diào)節(jié)器的輸出特性曲線調(diào)節(jié)器的輸出特性曲線 e(t) y 0 0 t t y1=KP e(t) K1 KP e(t) y2 連續(xù)控制系統(tǒng)的連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制規(guī)

11、律控制規(guī)律(續(xù)續(xù)) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 Kp=0.1,ki=2,kd=0 連續(xù)控制系統(tǒng)的連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制規(guī)律控制規(guī)律(續(xù)續(xù)) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 控制規(guī)律：控制規(guī)律： v比例比例+積分積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入 穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 v改變改變Ti可以改變積分作用，可以改變積分作用，Ti ，積分作，積分作 用越強(qiáng)，系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差的時間越短，用越強(qiáng)，系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差的時間越短， 但也能給系統(tǒng)帶來較大的超調(diào)和振蕩。但也能給系統(tǒng)帶來較大的超調(diào)和振蕩。 連續(xù)控制系統(tǒng)的連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制規(guī)律控制規(guī)律(續(xù)續(xù)) 第九章 數(shù)

12、字PIDPID控制 3. 比例積分微分調(diào)節(jié)器（比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID） 為了進(jìn)一步改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，往往把比例、積分為了進(jìn)一步改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，往往把比例、積分 、 微分三種作用組合起來，形成微分三種作用組合起來，形成PID調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。 理想的理想的PID微分方程為：微分方程為： (9-5) 連續(xù)控制系統(tǒng)的連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制規(guī)律控制規(guī)律(續(xù)續(xù)) u(t)= 第九章 數(shù)字PIDPID控制 圖圖9-4 PID調(diào)節(jié)器對階躍響應(yīng)特性曲線調(diào)節(jié)器對階躍響應(yīng)特性曲線 e(t) y 0 0 t t KP e(t) KP K1 e(t) KP KD e(t) 連續(xù)控制系統(tǒng)的連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制規(guī)律控制

13、規(guī)律(續(xù)續(xù)) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 kp=10,ki=10,kd=0.0000001kp=18,ki=7,kd=0 連續(xù)控制系統(tǒng)的連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制規(guī)律控制規(guī)律(續(xù)續(xù)) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 控制規(guī)律：控制規(guī)律： v對有較大慣性或滯后的被控對象，比例對有較大慣性或滯后的被控對象，比例 +微分微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過 程中的動態(tài)特性，減小超調(diào)和振蕩。程中的動態(tài)特性，減小超調(diào)和振蕩。 v改變改變Td能改變微分作用，能改變微分作用， Td ，微分微分 作用越強(qiáng)。作用越強(qiáng)。 連續(xù)控制系統(tǒng)的連續(xù)控制系統(tǒng)的PID控制規(guī)律控制規(guī)律(續(xù)續(xù)) 第九章 數(shù)

14、字PIDPID控制 PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn) v位置式位置式PID算法算法 v增量式增量式PID算法算法 vPID算法的程序?qū)崿F(xiàn)算法的程序?qū)崿F(xiàn) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 由公式（由公式（9-5）可知，在模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，）可知，在模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，PID控制算法控制算法 的模擬表達(dá)式為：的模擬表達(dá)式為： 式中：式中：y(t)調(diào)節(jié)器的輸出信號；調(diào)節(jié)器的輸出信號； e(t)調(diào)節(jié)器的偏差信號，它等于給定值與測量值調(diào)節(jié)器的偏差信號，它等于給定值與測量值 之差；之差； KP 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； TI 調(diào)節(jié)器的積分時間；調(diào)節(jié)器的積分時間； TD 調(diào)節(jié)器的微分時間。調(diào)節(jié)器的微分時

15、間。 PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)(續(xù)續(xù)) (9-6) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 在計算機(jī)控制系統(tǒng)中在計算機(jī)控制系統(tǒng)中,PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)必控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)必 須用數(shù)值逼近的方法須用數(shù)值逼近的方法,當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時,用用 求和代替積分求和代替積分,用后向差分代替微分用后向差分代替微分,使模擬使模擬 PID調(diào)節(jié)器離散化為差分方程。調(diào)節(jié)器離散化為差分方程。 t k i iTedtte 0 0 )()( T keke dt tde) 1()()( PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)(續(xù)續(xù)) T控制周期，n控制周期序號（n0，1，2） 第九章 數(shù)字PIDPID控制 ) 1

16、()( )()()( 0 T keke Tie Ti T keKpku D k i )1()( )()()( 0 T keke Tie Ti T keKpku D k i (9-6) 模擬儀表調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)動作是連續(xù)的，任何瞬模擬儀表調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)動作是連續(xù)的，任何瞬 間的輸出控制量間的輸出控制量u都對應(yīng)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，都對應(yīng)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置， 故稱上式為位置式故稱上式為位置式PID算法。算法。 1.位置式位置式PID算法：算法： PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)(續(xù)續(xù)) 缺點(diǎn)：需累加缺點(diǎn)：需累加e(k)，占存儲空間，且不便于編程，占存儲空間，且不便于編程 第九章 數(shù)字PIDPID控制 2.增

17、量式增量式PID算法：算法： 根據(jù)上式不難得出根據(jù)上式不難得出u(k-1)的表達(dá)式：的表達(dá)式： )2() 1( )() 1() 1( 1 0 T keke Tie Ti T keKpku D k i (9-7) 將（將（9-6）減（）減（9-7）得：）得： )2() 1(2)()()1()( ) 1()()( kekekeKkeKkekekp kukuku DI PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)(續(xù)續(xù)) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 式中式中 Kp稱為比例增益稱為比例增益 KI=Kp T/Ti稱為積分系數(shù)稱為積分系數(shù) KD=KpTD /T稱為微分系數(shù)稱為微分系數(shù) PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的數(shù)

18、字實(shí)現(xiàn)(續(xù)續(xù)) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 位置式與增量式位置式與增量式PID控制控制算法的比較算法的比較 增量式增量式PID算法只需保持當(dāng)前時刻以前三個時刻的誤差即算法只需保持當(dāng)前時刻以前三個時刻的誤差即 可。它與位置式可。它與位置式PID相比，有下列優(yōu)點(diǎn)：相比，有下列優(yōu)點(diǎn)： （1）位置式位置式PID算法每次輸出與整個過去狀態(tài)有關(guān)，計算法每次輸出與整個過去狀態(tài)有關(guān)，計 算式中要用到過去誤差的累加值，因此，容易產(chǎn)生較大算式中要用到過去誤差的累加值，因此，容易產(chǎn)生較大 的累積計算誤差。而增量式的累積計算誤差。而增量式PID只需計算增量，計算誤差只需計算增量，計算誤差 或精度不足時對控制量的計算

19、影響較小?；蚓炔蛔銜r對控制量的計算影響較小。 （2）控制從手動切換到自動時，位置式控制從手動切換到自動時，位置式PID算法必須先算法必須先 將計算機(jī)的輸出值置為原始閥門開時，才能保證無沖擊將計算機(jī)的輸出值置為原始閥門開時，才能保證無沖擊 切換。若采用增量算法，與原始值無關(guān)，易于實(shí)現(xiàn)手動切換。若采用增量算法，與原始值無關(guān)，易于實(shí)現(xiàn)手動 到自動的無沖擊切換。到自動的無沖擊切換。 PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)(續(xù)續(xù)) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)(續(xù)續(xù)) 第九章 數(shù)字PIDPID控制 PID控制算法的程序設(shè)計控制算法的程序設(shè)計 位置式位置式PID控制算法的

20、程序設(shè)計控制算法的程序設(shè)計 思路： 將三項(xiàng)拆開，并應(yīng)用遞推進(jìn)行編 程 比例輸出 積分輸出 微分輸出 1 0 () k kPkIjDkk j uK eKeKee ( ) PPk P kK e 0 ( )(1) k IIjIkI j P kKeK eP k 1 ( )() DDkk P kKee /,/ IpIDpD KK T TKK TT 第九章 數(shù)字PIDPID控制 PID控制算法的程序設(shè)計控制算法的程序設(shè)計 增量式增量式PID控制算法的程序設(shè)計控制算法的程序設(shè)計 初始化時，需首先置入調(diào)節(jié)參數(shù)初始化時，需首先置入調(diào)節(jié)參數(shù) d0，d1，d2和設(shè)定值和設(shè)定值w，并設(shè)置誤差，并設(shè)置誤差 初值初值ei

21、 = ei1 = ei2 = 0 01122kkkk ud ed ed e 第九章 數(shù)字PIDPID控制 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID算法的改進(jìn)算法的改進(jìn) 積分飽和作用及其抑制積分飽和作用及其抑制 積分飽和：如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)已到極限位置，仍然不能消除偏差，積分飽和：如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)已到極限位置，仍然不能消除偏差， 由于積分的作用，盡管計算由于積分的作用，盡管計算PID差分方程式所得的運(yùn)算結(jié)果繼續(xù)增大差分方程式所得的運(yùn)算結(jié)果繼續(xù)增大 或減小，但執(zhí)行結(jié)構(gòu)已無相應(yīng)的動作，控制信號則進(jìn)入深度飽和區(qū)。或減小，但執(zhí)行結(jié)構(gòu)已無相應(yīng)的動作，控制信號則進(jìn)入深度飽和區(qū)。 影響：影響：飽和引起輸出超調(diào)，甚至產(chǎn)生震蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。控飽和

22、引起輸出超調(diào)，甚至產(chǎn)生震蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定?？?制品質(zhì)變壞制品質(zhì)變壞 改進(jìn)方法：遇限削弱積分法、積分分離法、有效偏差法改進(jìn)方法：遇限削弱積分法、積分分離法、有效偏差法 第九章 數(shù)字PIDPID控制 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID算法的改進(jìn)算法的改進(jìn) 遇限削弱積分法遇限削弱積分法 基本思想：一旦控制量進(jìn)入飽和區(qū)，則基本思想：一旦控制量進(jìn)入飽和區(qū)，則 停止進(jìn)行增大積分的運(yùn)算。停止進(jìn)行增大積分的運(yùn)算。 第九章 數(shù)字PIDPID控制 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID算法的改進(jìn)算法的改進(jìn) 積分分離法積分分離法 基本思想：當(dāng)被控量和給定值偏差大時，取消積分控制，以免超調(diào)量過基本思想：當(dāng)被控量和給定值偏差大時，取消積分控制，以免超調(diào)量過 大；

23、當(dāng)被控量和給定值接近時，積分控制投入，消除靜差。大；當(dāng)被控量和給定值接近時，積分控制投入，消除靜差。 一般PID 積分分離PID 開始引入積分作用 Y(t) t 0 P 第九章 數(shù)字PIDPID控制 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID算法的改進(jìn)算法的改進(jìn) 有效偏差法有效偏差法 基本思想：當(dāng)算出的控制量超出限制范圍基本思想：當(dāng)算出的控制量超出限制范圍 時，將相應(yīng)的這一控制量的偏差值作為有時，將相應(yīng)的這一控制量的偏差值作為有 效偏差值進(jìn)行積分，而不是將實(shí)際偏差值效偏差值進(jìn)行積分，而不是將實(shí)際偏差值 進(jìn)行積分。進(jìn)行積分。 10 0 () k D kPkjkk j I TT uKeeeeu TT 第九章 數(shù)字PIDPID

24、控制 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID調(diào)節(jié)器的整定調(diào)節(jié)器的整定 PID整定的理論方法整定的理論方法 通過調(diào)整通過調(diào)整PID的三個參數(shù)的三個參數(shù)KP、 、TI、TD ，將系統(tǒng)的閉環(huán) ，將系統(tǒng)的閉環(huán) 特征根分布在特征根分布在 s 域的左半平面的某一特定域內(nèi)，以保證域的左半平面的某一特定域內(nèi)，以保證 系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定裕度并滿足給定的性能指標(biāo)系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定裕度并滿足給定的性能指標(biāo) 只有被控對象的數(shù)學(xué)模型足夠精確時，才能把特征只有被控對象的數(shù)學(xué)模型足夠精確時，才能把特征 根精確地配置在期望的位置上，而大多數(shù)實(shí)際系統(tǒng)一般根精確地配置在期望的位置上，而大多數(shù)實(shí)際系統(tǒng)一般 無法得到系統(tǒng)的精確模型，因此理論設(shè)計的極點(diǎn)配置往

25、無法得到系統(tǒng)的精確模型，因此理論設(shè)計的極點(diǎn)配置往 往與實(shí)際系統(tǒng)不能精確匹配往與實(shí)際系統(tǒng)不能精確匹配 第九章 數(shù)字PIDPID控制 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID調(diào)節(jié)器的整定調(diào)節(jié)器的整定 理論整定方法：依賴于被控對象的數(shù)學(xué)模型； 仿真尋優(yōu)方法 工程整定方法：近似的經(jīng)驗(yàn)方法，不依賴模型。 擴(kuò)充臨界比例帶法 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法 第九章 數(shù)字PIDPID控制 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID調(diào)節(jié)器的整定調(diào)節(jié)器的整定 l擴(kuò)充臨界比例帶法擴(kuò)充臨界比例帶法是模擬調(diào)節(jié)器中使用的臨界比例帶法（也稱穩(wěn)定邊界法） 的擴(kuò)充，是一種閉環(huán)整定的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)方法。 步驟：步驟： 選擇短的采樣頻率：一般選擇被控對象純滯后時間選擇短的采樣頻率：一般選擇被控對象純滯后時

26、間 的十分之一的十分之一 去掉積分與微分作用，讓系統(tǒng)在純比例的作用下，去掉積分與微分作用，讓系統(tǒng)在純比例的作用下， 逐漸較小比例度逐漸較小比例度 ( =1/kr），直到系統(tǒng)發(fā)生持續(xù)等幅振蕩。），直到系統(tǒng)發(fā)生持續(xù)等幅振蕩。 紀(jì)錄發(fā)生振蕩的臨界比例度和周期紀(jì)錄發(fā)生振蕩的臨界比例度和周期r及及Tr，根據(jù)，根據(jù)Ziegler- Nichols 提出的如表所列的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，直接查表得到提出的如表所列的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，直接查表得到PIDPID參參 數(shù)。數(shù)。 第九章 數(shù)字PIDPID控制 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID調(diào)節(jié)器的整定調(diào)節(jié)器的整定 調(diào)節(jié)器類型調(diào)節(jié)器類型KpTiTd P 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 0.5Kr/ PI 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 0

27、.45Kr0.85Tr/ PID 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 0.6Kr0.5Tr0.12Tr 第九章 數(shù)字PIDPID控制 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID調(diào)節(jié)器的整定調(diào)節(jié)器的整定 l擴(kuò)充響應(yīng)曲線法擴(kuò)充響應(yīng)曲線法與上述閉環(huán)整定方法不同，擴(kuò)充響應(yīng)曲線法是一種 開環(huán)整定方法。如果可以得到被控對象的動態(tài)特性曲線，那么就可以與模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng) 的整定一樣，采用擴(kuò)充響應(yīng)曲線法進(jìn)行數(shù)字PID的整定。 步驟：步驟： 數(shù)字控制器不接入控制系統(tǒng)，系統(tǒng)開環(huán)，并處于手?jǐn)?shù)字控制器不接入控制系統(tǒng)，系統(tǒng)開環(huán)，并處于手 動狀態(tài)，再手動給對象輸入階躍信號。動狀態(tài)，再手動給對象輸入階躍信號。 紀(jì)錄系統(tǒng)對階躍信號的響應(yīng)曲線紀(jì)錄系統(tǒng)對階躍信號的響應(yīng)曲線 根據(jù)曲線求

28、得滯后時間根據(jù)曲線求得滯后時間 、被控對象的時間常數(shù)、被控對象的時間常數(shù)T 第九章 數(shù)字PIDPID控制 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID調(diào)節(jié)器的整定調(diào)節(jié)器的整定 在響應(yīng)曲線拐點(diǎn)處（斜率最大）處作一切線，求滯后在響應(yīng)曲線拐點(diǎn)處（斜率最大）處作一切線，求滯后 時間時間和被控對象的時間常數(shù)和被控對象的時間常數(shù)T 第九章 數(shù)字PIDPID控制 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID調(diào)節(jié)器的整定調(diào)節(jié)器的整定 根據(jù)選定的控制度，查表求得根據(jù)選定的控制度，查表求得T、Kp、TI、TD的值的值 控制度的定義：以模擬調(diào)節(jié)器為基準(zhǔn)，將數(shù)字控制度的定義：以模擬調(diào)節(jié)器為基準(zhǔn)，將數(shù)字PID的的 控制效果與模擬調(diào)節(jié)器的控制效果相比較，采用誤差平控制效果與模擬調(diào)節(jié)器的控制效果相比較，采用誤差平 方積分表示：方積分表示： 控制度的指標(biāo)含意：控制度控制度的指標(biāo)含意：控制度=1.05，數(shù)字，數(shù)字PID與模與模 擬控制效果相當(dāng)；控制度擬控制效果相當(dāng)；控制度=2.0，數(shù)字，數(shù)字PID比模擬調(diào)節(jié)器的比模擬調(diào)節(jié)器的 效果差效果差 2