微控第7章20121031

1、1第七章 應(yīng)用程序設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)處理程序 控制算法的程序設(shè)計(jì)本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)2 微機(jī)控制系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)，包括選擇系統(tǒng)軟件及設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件。 前者主要選擇操作系統(tǒng)和算法語(yǔ)言， 后者是根據(jù)控制對(duì)象的要求編制應(yīng)用程序。 若是有自己設(shè)計(jì)的單片機(jī)或是DSP系統(tǒng)，則不僅要編寫(xiě)應(yīng)用程序，而且要根據(jù)系統(tǒng)要求編制專(zhuān)用的監(jiān)控程序或系統(tǒng)程序。 對(duì)單片機(jī)而言，則大部分是監(jiān)控程序。3 所以，為控制，處理具體應(yīng)用對(duì)象而編制的程序就叫應(yīng)用程序。 在微機(jī)控制系統(tǒng)中，為使程序緊湊，更重要的，為實(shí)時(shí)性強(qiáng)，常采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。應(yīng)用程序一般包括應(yīng)用程序一般包括5部分：部分：1.數(shù)據(jù)處理程序： 對(duì)計(jì)算機(jī)的輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或變換，如數(shù)字

2、濾波，線(xiàn)性化處理及工程量轉(zhuǎn)換等。42.過(guò)程監(jiān)視程序： 為監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程，必須有相應(yīng)的硬件與之配合，比如開(kāi)關(guān)狀態(tài)的檢測(cè)及控制操作臺(tái)，顯示器等。應(yīng)有巡回檢測(cè)程序及控制操作臺(tái)服務(wù)程序等，以及時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)情況和進(jìn)行人機(jī)交互。3.控制算法程序： 是為計(jì)算機(jī)能夠按某種檢測(cè)規(guī)律實(shí)現(xiàn)控制而編制的程序，如最優(yōu)控制，PID控制，比值，前饋等。最常用的如PID控制。54.故障自診斷程序： 即通過(guò)一定的軟件去檢查控制系統(tǒng)中的相關(guān)部件運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。已有各相關(guān)部件較成熟的自檢程序，可供參考或借鑒。5.通用子程序： 如制表打印格式程序，服務(wù)子程序庫(kù)等。 由于時(shí)間關(guān)系，重點(diǎn)介紹數(shù)據(jù)處理程序和控制算法程序。67.1 數(shù)據(jù)處理

3、程序數(shù)據(jù)處理程序7濾波：濾波： 是將信號(hào)頻譜中某些成分衰減或?yàn)V除。（濾除可用硬件如RC濾波器，也可用軟件如數(shù)字濾波） 高次諧波對(duì)電機(jī)產(chǎn)生有害影響。脈沖，鐵損發(fā)熱增加8數(shù)字濾波： 實(shí)質(zhì)是程序?yàn)V波。通過(guò)一定的計(jì)算方法，減少干擾在有用信號(hào)中的比重，使得輸入計(jì)算機(jī)待處理的信號(hào)量可能是我們所要求的信號(hào)。 程序限幅濾波 平均值濾波 中值濾波 一階慣性濾波 復(fù)合數(shù)字濾波9v無(wú)需硬設(shè)備，各通道可公用，降低成本。v各回路間不存在阻抗匹配等問(wèn)題。故可靠性高，穩(wěn)定性好。v對(duì)頻率很低（如0.01HZ以下）的信號(hào)也可濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。v改變?yōu)V波方法式濾波器參數(shù)只需修改程序，方便，靈活。數(shù)字濾波的優(yōu)點(diǎn)：數(shù)字濾

4、波的優(yōu)點(diǎn)：101.1.程序限幅濾波程序限幅濾波 經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，許多物理量的變化都需要一定的時(shí)間，相鄰兩次采樣值之間的變化有一定的限度。 當(dāng)采樣信號(hào)由于隨機(jī)干擾，如大功率用電設(shè)備的啟動(dòng)或停止，造成電流的尖峰干擾或錯(cuò)誤檢測(cè)，以及變送器不穩(wěn)定而引起的嚴(yán)重失真等現(xiàn)象時(shí)，可采用程序判斷法進(jìn)行濾波。程序判斷濾波根據(jù)濾波方法的不同，可分為限幅濾波和限速濾波兩種。11限幅濾波限速濾波 設(shè)順序采樣時(shí)刻t1，t2，t3所采集的參數(shù)分別為Y(1)，Y(2)，Y(3)，那么 顯然，這類(lèi)方法對(duì)濾除隨機(jī)干擾特別有效，程序也很簡(jiǎn)單。122. 平均值濾波平均值濾波 平均值濾波主要對(duì)壓力，流量等周期脈動(dòng)的采樣值進(jìn)行平滑加工，但對(duì)脈

5、沖性干擾的平滑不理想，它不適用于脈沖干擾比較嚴(yán)重的場(chǎng)合。算術(shù)平均值濾波加權(quán)平均值濾波法1311( )( )niY kX in（1）算術(shù)平均值濾波）算術(shù)平均值濾波公式為： 可見(jiàn)，其實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)是：把n個(gè)采樣值相加，求其平均值，作為時(shí)刻k的值。顯然n越大，結(jié)果越準(zhǔn)確，但計(jì)算時(shí)間越長(zhǎng)。 算術(shù)平均值濾波是要尋找一個(gè)Y(k)，使該值與各采樣值間誤差的平方和為最小，14 算術(shù)平均值濾波主要用于對(duì)壓力、流量等周期脈動(dòng)參數(shù)的采樣值進(jìn)行平滑加工，但對(duì)脈沖性干擾的平滑作用尚不理想。因而它不適用于脈沖性干擾比較嚴(yán)重的場(chǎng)合。采樣次數(shù)N的選取，取決于系統(tǒng)對(duì)于參數(shù)平滑度和靈敏度的要求。隨著N值的增大，平滑度將提高，靈敏度將降

6、低。 所以要根據(jù)具體情況選取n，以便取得滿(mǎn)意的濾波效果。15 算術(shù)平均濾波對(duì)每次采樣給出了相同的加權(quán)系數(shù)1/n。 實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合需要加大新采樣值在平均值中的比重， 為此可采用： 加權(quán)平均值濾波法l 流量信號(hào)，取n=10l 壓力信號(hào)，取n=5l 溫度等緩慢變化信號(hào)，取 n=216（2）加權(quán)平均值濾波法 運(yùn)算關(guān)系式為： 1( )( )niiY kC X i Ci為加權(quán)系數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足： 1) Ci =1 2) CnCn-1 C2 C1 因?yàn)榧訖?quán)系數(shù)常為小數(shù)，因此采用浮點(diǎn)運(yùn)算更為合適。17 上述兩種濾波程序，為確定一個(gè)采樣值，需采集n個(gè)數(shù)，需要時(shí)間長(zhǎng)，使得檢測(cè)時(shí)間減慢，所以只能用在信號(hào)變化比較緩慢的場(chǎng)合。為

7、了提高檢測(cè)速度，可采用: 遞推平均濾波或叫數(shù)據(jù)滑動(dòng)平均濾波基本思想： 每采樣一個(gè)新值，即舍棄一個(gè)最早的采樣值，然后求平均值，作為本次的采樣。 平均值濾波對(duì)周期脈動(dòng)的干擾有較明確的抑制，但對(duì)偶爾出現(xiàn)的脈動(dòng)干擾信號(hào)，濾波效果不理想，應(yīng)采用中值濾波183.3.中值濾波中值濾波 對(duì)被測(cè)參數(shù)采樣n次（n3 ）,再按大小順序排列，再取中間值作為本次采樣值。 此法對(duì)防止脈沖干擾比較有效。 對(duì)緩慢變化的過(guò)程變量采用此法有良好的效果，快速變化時(shí)要求采樣點(diǎn)至少3，所以不適合用去除脈動(dòng)性干擾。19程序：n=3為例204.一階慣性濾波一階慣性濾波 前面幾種濾波方法基本上屬于靜態(tài)濾波，主要適用于變化比較慢的參數(shù)，但對(duì)于

8、快速隨機(jī)變化的參數(shù)，要用動(dòng)態(tài)濾波方法，如：一階慣性濾波。數(shù)學(xué)表達(dá)式：fTTT( )(1)(1)( )Y kY kX k21 一階慣性濾波的基本意圖是把本次采樣值與上次濾波器平均值進(jìn)行加權(quán)平均，因此在轉(zhuǎn)入的過(guò)程中，任何快速的干擾均被濾除，僅保留緩慢變化的信號(hào)，為此稱(chēng)之為“低通濾波”。 T為采樣周期，一般事先確定好，Tf=RC為數(shù)字濾波器時(shí)間常數(shù)，通過(guò)實(shí)際運(yùn)算可取最優(yōu)值。 方法：不斷改變Tf，噪聲最低或消除，即為該系統(tǒng)的Tf值。 缺點(diǎn)：造成相位滯后，大小與濾波系數(shù)有關(guān)。225.復(fù)合數(shù)字濾波 為了進(jìn)一步提高濾波效果，有時(shí)可以把兩種或兩種以上不同濾波功能的數(shù)字濾波器組合起來(lái)，構(gòu)成復(fù)合數(shù)字濾波器，或稱(chēng)多

9、級(jí)數(shù)字濾波器。例如：中值均值可由下式表示：12(2)(3)(1)1( )( )22NiXXX NY kX iNN=若則(1)(2)(3)(), 314XXXX NN上式也稱(chēng)為防脈沖干擾的平均值濾波。 此外，也可采用雙重濾波的方法，即把采樣值經(jīng)過(guò)低通濾波后，再經(jīng)過(guò)一次高通濾波，這樣，結(jié)果更接近理想值，這實(shí)際上相當(dāng)于多級(jí)RC濾波。23各種濾波性能的比較各種濾波性能的比較1. 濾波效果濾波效果 一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于變化比較慢的參數(shù)，如溫度，可選用程序判斷濾波及一階滯后濾波方法。對(duì)那些變化比較快的脈沖參數(shù)，如壓力，流量等，則可選擇算術(shù)平均和加權(quán)平均濾波法，特別是加權(quán)平均濾波法。至于要求比較高的系統(tǒng)，需要用復(fù)

10、合濾波法。24 在算術(shù)平均濾波和加權(quán)平均濾波中，其濾波效果與所選擇的采樣次數(shù)N有關(guān)。N越大，則濾波效果越好，但花費(fèi)的時(shí)間也越長(zhǎng)。高通及低通濾波程序是比較特殊的濾波程序，使用時(shí)一定要根據(jù)其特點(diǎn)選用。2. 濾波時(shí)間濾波時(shí)間 在考慮濾波效果的前提下，應(yīng)盡量采用執(zhí)行時(shí)間比較短的程序，若計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)間允許，可采用效果更好的復(fù)合濾波程序。25注意： 數(shù)字濾波在熱工和化工過(guò)程的DDC系統(tǒng)中并非一定需要，需根據(jù)具體情況，經(jīng)過(guò)分析，實(shí)驗(yàn)加以選用。不適當(dāng)?shù)膽?yīng)用數(shù)字濾波（例如，可能將待控制的偏差值濾掉），反而會(huì)降低控制效果，甚至失控，因此必須給與注意。26線(xiàn)性化處理程序線(xiàn)性化處理程序 在工程實(shí)踐中，把物理量轉(zhuǎn)化為電

11、信號(hào)的傳感器，大多帶有一定的非線(xiàn)性特征，不便于計(jì)算機(jī)處理。 有的很難找出明確的數(shù)學(xué)表達(dá)式，需根據(jù)測(cè)量值采取一些特殊的方法進(jìn)行處理，還有一些參數(shù)，相互之間雖然有明確的數(shù)學(xué)表達(dá)式，但計(jì)算起來(lái)相當(dāng)麻煩，會(huì)占用較多的時(shí)間。 因此，找出某種既方便又能滿(mǎn)足實(shí)際功能要求的數(shù)據(jù)處理辦法就是本節(jié)要解決的問(wèn)題。271. 計(jì)算法 如果被測(cè)參數(shù)和轉(zhuǎn)換的電信號(hào)之間有明確的數(shù)學(xué)表達(dá)式，且該表達(dá)式又便于計(jì)算，就應(yīng)發(fā)揮微機(jī)計(jì)算機(jī)較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，將其表達(dá)式轉(zhuǎn)換為線(xiàn)性關(guān)系，再行計(jì)算。2. 查表法 所謂查表法，就是把事先計(jì)算或測(cè)得的數(shù)據(jù)按一定的順序編制成表格，查表程序的任務(wù)就是根據(jù)被測(cè)參數(shù)的值或者中間結(jié)果，查出最終所需要的結(jié)果。28

12、微機(jī)中表格表格的排列分為有序表和無(wú)序表兩種。有序表指在表內(nèi)存放的數(shù)有一定的規(guī)律（或按大小順序；或按某種規(guī)律），無(wú)序表指數(shù)據(jù)的存放是隨意的（或某種函數(shù)是無(wú)序的）。 根據(jù)表格的編排方法，查表的方法有3種：順序查表法計(jì)算查表法對(duì)分查表法29a.順序查表法順序查表法 順序查表法用于無(wú)序表格的查找。因?yàn)闊o(wú)序表中各項(xiàng)數(shù)據(jù)和排列無(wú)一定的規(guī)律可尋。當(dāng)需要找某一個(gè)數(shù)（常被稱(chēng)為關(guān)鍵字），只能從表的第一項(xiàng)開(kāi)始，逐項(xiàng)比較，直至找到關(guān)鍵字。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，已知條件是表格的長(zhǎng)度和起始地址。在查找的過(guò)程中要不斷地修改地址和進(jìn)行計(jì)數(shù)。直至找到關(guān)鍵字。若表中無(wú)此關(guān)鍵字必須給出提示。30b.計(jì)算查表法計(jì)算查表法 微機(jī)控制系統(tǒng)中使用

13、的線(xiàn)性表，是若干個(gè)數(shù)據(jù)元素的集合，各數(shù)據(jù)元素在表格中的排列方法及所占用的存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)是一樣的。因?yàn)橐阉鞯膬?nèi)容和表格的排列方法有一定的關(guān)系，故各元素都嚴(yán)格地按某種順序排列。在此前提條件下才可以使用計(jì)算查表法。31計(jì)算查表法的思路是： 根據(jù)給定的要查找的元素，通過(guò)一定的計(jì)算，求出該元素所對(duì)應(yīng)的數(shù)值的地址。從而可從相應(yīng)單元中取出所需要的量。計(jì)算查表法執(zhí)行速度是很快的，使用這種查表法的關(guān)鍵是尋找一種計(jì)算表地址的公式，其缺點(diǎn)是對(duì)表格的要求非常挑剔。32 對(duì)分查表法的具體做法是：對(duì)于一個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度為n的線(xiàn)性表（設(shè)該表從小到大排列），先取n/2處的值與待搜索的關(guān)鍵字x進(jìn)行比較，如果x大于n/2項(xiàng)的內(nèi)容，下一

14、次取n/2n的中間值，即與 項(xiàng)的內(nèi)容進(jìn)行比較。否則取0 n/2項(xiàng)的中間值，即與 項(xiàng)的內(nèi)容進(jìn)行比較。依次類(lèi)推，可以逐次逼近待搜索的關(guān)鍵值所在位置，直至找到。若搜索完畢而未找到需給出提示。3n43n4c.對(duì)分查表法對(duì)分查表法33 如果在應(yīng)用中一些數(shù)據(jù)或函數(shù)能夠滿(mǎn)足從大到小或從小到大的順序排列，在這種情況下可使用對(duì)分查表法。 顯然對(duì)分查表其速度是很快的，它最多的查找次數(shù)為lg2n-1。例如，若查長(zhǎng)為2068字節(jié)，對(duì)分查表最多只需要10次，而若采用順序查表法，其平均查找次數(shù)1024次。343. 折線(xiàn)法折線(xiàn)法 在微機(jī)控制系統(tǒng)中，有些參數(shù)輸入和輸出的關(guān)系只能通過(guò)一條曲線(xiàn)來(lái)表示，沒(méi)有一個(gè)明確的表達(dá)式或一個(gè)有

15、序表格。此種場(chǎng)合，只能夠采用局部線(xiàn)性化對(duì)其進(jìn)行處理。 折線(xiàn)法實(shí)際上是線(xiàn)性插值的算法。這種計(jì)算程序的復(fù)雜程度和執(zhí)行時(shí)間與折線(xiàn)的分段方程有關(guān)。 35 若采用等距分段，可簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，但當(dāng)函數(shù)的曲率和斜率變化較大時(shí)，引入誤差較大。這可以通過(guò)細(xì)分，使之減小，但占用較多的內(nèi)存，而且計(jì)算量也大。若采用不等距分段，可根據(jù)函數(shù)曲率變化使分段直線(xiàn) 盡量接近該段曲線(xiàn)，使誤差減小，但程序編制卻比較麻煩。因此，如何分段視具體情況而定。36標(biāo)度變換程序設(shè)計(jì)標(biāo)度變換程序設(shè)計(jì) 生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)參數(shù)都有不同的量綱和數(shù)值。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中所有這些物理參數(shù)經(jīng)過(guò)變送器轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換器能接收的電信號(hào)，又經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成一系列的數(shù)碼。

16、為了操作人員管理及生產(chǎn)過(guò)程的需要，必須把這些數(shù)碼轉(zhuǎn)換成各種工程量單位，使之便于顯示，記錄和打印。這種轉(zhuǎn)換被稱(chēng)為標(biāo)度變換或工程量轉(zhuǎn)換。 工程量轉(zhuǎn)換有各種不同類(lèi)型，它取決于被測(cè)參數(shù)和測(cè)量傳感器的類(lèi)型，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。371. 線(xiàn)性參數(shù)的標(biāo)度變換 線(xiàn)性標(biāo)度變換時(shí)最常用的標(biāo)度變換方式，其前提條件是被測(cè)參數(shù)值與A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果為線(xiàn)性關(guān)系。線(xiàn)性標(biāo)度變換的公式為：00000mx0 x()xxmmmNNAAAANNAAANNN式中 為一次測(cè)量?jī)x表的下限； 為一次測(cè)量?jī)x表的上限； 為實(shí)際測(cè)量值（工程量）； 為儀表下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量； 為儀表上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量； 為測(cè)量值所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。 38 上式為線(xiàn)性標(biāo)

17、度變換的通用公式，其中Am、A0、Nm、N0對(duì)某一固定的被測(cè)參數(shù)來(lái)說(shuō)都是常數(shù)，不同的參數(shù)有著不同的值。為了使程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，一般把一次測(cè)量?jī)x表的下限所A0所對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換值置為0，即使N0=0。這樣，式可寫(xiě)成：00mx()xmNAAAAN 在很多測(cè)量系統(tǒng)中，儀表下限值A(chǔ)0=0,此時(shí)，其對(duì)應(yīng)的N0=0，上式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：xxmmNAAN392. 非線(xiàn)性參數(shù)的標(biāo)度變換 上述標(biāo)度變換公式僅適用于線(xiàn)性參數(shù)。對(duì)非線(xiàn)性參數(shù)的標(biāo)度變換要具體問(wèn)題具體分析，根據(jù)非線(xiàn)性關(guān)系求出相應(yīng)的標(biāo)度變換公式。流體的流量與被測(cè)流體流過(guò)節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓力差的平方根成正比，于是得到測(cè)量流量時(shí)的標(biāo)度變換公式為：40 對(duì)于流量?jī)x

18、表，一般下限為0，即Q0=0，故上式可簡(jiǎn)化為：0000 xm0m0()xxmmxNNQQQQNNQQQNNN式中為被測(cè)液體的流量值； 為流量?jī)x表的上限值； 為流量?jī)x表的下限值； 為差壓變送器所測(cè)得的差壓值（數(shù)字量）； 為差壓變送器上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量； 為差壓變送器下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。x0 x0mmNNQQNN41 若在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，Q0所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量N0亦為0，則可進(jìn)一步步簡(jiǎn)化為：xxmmNQQN 對(duì)于那些不能用運(yùn)算式表達(dá)的物理量（即非線(xiàn)性的傳感設(shè)備），應(yīng)根據(jù)其轉(zhuǎn)換關(guān)系，用插值法或查表法進(jìn)行標(biāo)度變換。 總之，標(biāo)度變換與傳感設(shè)備的性質(zhì)有關(guān)，不總之，標(biāo)度變換與傳感設(shè)備的性質(zhì)有關(guān)，不能簡(jiǎn)單地照搬公式。

19、能簡(jiǎn)單地照搬公式。427.2 控制算法的程序設(shè)計(jì)控制算法的程序設(shè)計(jì)43 在微機(jī)控制系統(tǒng)分類(lèi)中曾經(jīng)講過(guò)直接數(shù)字控制系統(tǒng)（Direct Digital Control）即DDC系統(tǒng)，這是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)之一，而DDC系統(tǒng)的基本問(wèn)題是設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字調(diào)節(jié)器： 即按照實(shí)際系統(tǒng)確定控制規(guī)律，得出控制算法，編程實(shí)現(xiàn)這一算法。 而按照偏差進(jìn)行比例(P)，積分(I)，微分(D)調(diào)節(jié)的PID算法則是應(yīng)用最廣泛的一種控制算法，本節(jié)主要討論P(yáng)ID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)。44準(zhǔn)連續(xù)準(zhǔn)連續(xù)PID控制算法控制算法 實(shí)際上，對(duì)一個(gè)過(guò)程參數(shù)（連續(xù)變化量）而言，計(jì)算機(jī)是斷續(xù)控制器。因?yàn)槊恳粋€(gè)采樣周期T，計(jì)算機(jī)采樣一次，算一次

20、，輸出一次，因?yàn)檩敵鼋Y(jié)果被保持器保持，所以不管此T內(nèi)被控制量是否變化，控制輸出量始終不變。 所以，對(duì)控制作用來(lái)說(shuō)，不是連續(xù)變化的。但是，當(dāng)采樣周期相對(duì)于過(guò)程時(shí)間常數(shù)是相當(dāng)短時(shí)，這種斷續(xù)變化的控制量就近似于連續(xù)變化的控制，我們稱(chēng)之為 準(zhǔn)連續(xù)控制準(zhǔn)連續(xù)控制45 TTs時(shí)， 就可用數(shù)字調(diào)節(jié)器代替模擬調(diào)節(jié)器。 T和Ts可比擬時(shí) 經(jīng)用采樣控制理論設(shè)計(jì)數(shù)字調(diào)節(jié)器。 具體實(shí)現(xiàn)：按照連續(xù)系統(tǒng)控制理論設(shè)計(jì)模擬調(diào)節(jié)器，然后對(duì)該調(diào)節(jié)器進(jìn)行數(shù)字模擬。即：（同一數(shù)量級(jí)，10倍或以下）“準(zhǔn)連續(xù)控制準(zhǔn)連續(xù)控制”的的條件條件是：是： T Umax e 0，不加，維持原狀 e 0，+e，增大 e 則 Kl=0 為e的門(mén)限值 則

21、稱(chēng)式（則稱(chēng)式（6）為）為積分分離積分分離PID算式。算式。63其基本思想是： 當(dāng)偏差大于某個(gè)規(guī)定的門(mén)限值，刪除積分作用，以便e不至于過(guò)大。只有當(dāng)ej較小時(shí)，方引入積分作用，以消除靜差。 這樣，控制量不易進(jìn)入飽和區(qū)；即使進(jìn)入了，也能較快退出。所以系統(tǒng)的輸出特性得到了改善。642. 不完全微分的不完全微分的PID算法算法 在標(biāo)準(zhǔn)PID（位置，增量）算法中，即當(dāng)有階躍信號(hào)輸入時(shí)，微分項(xiàng)輸出急劇增加，容易引起調(diào)節(jié)過(guò)程的振蕩，導(dǎo)致調(diào)節(jié)品質(zhì)下降。為了克服這一點(diǎn)，又要使微分作用有效，可以采用不完全微分的PID算法。基本思想是： 仿照模擬調(diào)節(jié)器的實(shí)際微分調(diào)節(jié)器，加入慣性環(huán)節(jié)，以克服完全微分的缺點(diǎn)。 傳遞函數(shù)表

22、達(dá)式：( )11( )1dpdIdT Su skTe sT SSK65不完全微分的PID位置式算式為：1(1)0()()idDiPijPiiD ijiSTTUKeeKeeUTT(1)112(2)0()()idD iPijPiiD ijiSTTUKeeKeeUTT則(7)(8)其中：dsdTTTKddddTKTKT66 完全積分項(xiàng)對(duì)于階躍信號(hào)將產(chǎn)生很大的微分輸出信號(hào)，此信號(hào)急劇下降為0，因而引起系統(tǒng)的振蕩。 而在不完全微分系統(tǒng)中，其微分作用是逐漸下降的，微分輸出信號(hào)按指數(shù)規(guī)律逐漸衰減為0， 因而系統(tǒng)變化比較緩慢，不易引起振蕩，其中延續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短與KD（微分增益）有關(guān)。112(1)(2)()(2)

23、()dPiiPiPiiiIsD iD iTTuKeeKeKeeeTTUU 增量式：(9)6768 變速積分的PID算法其它其它PID算法算法 帶死區(qū)的PID算法微分先行的PID算法 根據(jù)系統(tǒng)偏差大小改變積分速度，使其與偏差大小相對(duì)應(yīng)，即偏差大時(shí)，積分累加速度減慢積分作用弱；反之積分累加速度加快，增強(qiáng)積分。( )( )( )( )( )U kE kBU kk U kE kBB死區(qū)K死區(qū)增益693. 純滯后補(bǔ)償算法：史密斯預(yù)估器純滯后補(bǔ)償算法：史密斯預(yù)估器 在工業(yè)控制中，許多控制對(duì)象往往具有純滯后的性質(zhì)。 所謂純滯后就是由于調(diào)節(jié)作用點(diǎn)或擾動(dòng)作用點(diǎn)和被調(diào)參數(shù)相隔一定的距離，而導(dǎo)致被調(diào)參數(shù)的變化落后與

24、調(diào)節(jié)作用或擾動(dòng)的發(fā)生和變化。傳遞函數(shù)：1( )1sk eG sT s比一般一階慣性環(huán)節(jié)的前行通道上，多了（乘）一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)）70解決辦法： 消除es使對(duì)象變?yōu)榧円浑A慣性環(huán)節(jié)1( )1kG sT s加一個(gè)史密斯預(yù)估計(jì)補(bǔ)償純滯后11(1)( )1skeG sT s71可以看作兩個(gè)環(huán)節(jié)，分別離散化：計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)：1111(1)( )( )111ssk ekekG sG sT sT sT s11 1VT s廣義對(duì)象成為一階慣性環(huán)節(jié)111(1)1( )(1)11sskeG skeT sT s(1)sdke72另一種方法：采樣采樣-PID 這種補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)于模擬調(diào)節(jié)器幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)，用計(jì)算機(jī)則能很容易的實(shí)現(xiàn)

25、。()kkkTdk VV11(1)kkkTVCVTT一階慣性濾波的推到過(guò)程一樣T是采樣周期73PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇 PID調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)的前提是：T Ts 準(zhǔn)連續(xù)系統(tǒng)可仿照連續(xù)系統(tǒng)方法對(duì)PID參數(shù)整定 穩(wěn)定邊界法； 反應(yīng)曲線(xiàn)法； 衰減曲線(xiàn)法。741. 穩(wěn)定邊界法穩(wěn)定邊界法 穩(wěn)定邊界法又稱(chēng)臨界比例度法，即在生產(chǎn)工藝許可的情況下，用試驗(yàn)方法找出，當(dāng)比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)量作等幅振蕩（即達(dá)到了穩(wěn)定邊界時(shí)的臨界比例度Pm）時(shí)，按經(jīng)驗(yàn)公式求出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。調(diào)節(jié)器整定數(shù)據(jù)0.85imTT2.2mPP1arctan()miT111.180.1880.852mimmTTarctan( 0.188)10 40 752. 反應(yīng)曲線(xiàn)法反應(yīng)曲線(xiàn)法minmaxminmaxxxxyyyK對(duì)象飛升特性 根據(jù)飛升特性曲線(xiàn)定出幾個(gè)能代表該調(diào)節(jié)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的參數(shù)，然后可直接按這個(gè)數(shù)據(jù)定