计算机控制技术-杨鹏-计算机控制系统的控制策略教学提纲.ppt

计算机控制技术-杨鹏-计算机控制系统的控制策略4.1.2 PID调节的作用调节的作用 一、比例调节器（一、比例调节器（P）只要偏差e(t)一出现，就能及时的产生与之成比例的调节作用，具有调节及时，改善动态特性的特点，它是一种最基本的调节规律。对于大多数惯性环节，KP太大时会引起自激震荡。主要缺点是存在静差。对于扰动较大、惯性也较大的系统，若采用单纯的比例调节器，就难于兼顾动态和静态特性。二、比例积分调节器（PI）所谓积分作用，是指调节器的输出与输入偏差的积分成比例的作用。优点：消除静差。只要有偏差存在，输出就会随时间不断增长，直到偏差消除，调节器的输出才不会变化。但其作用动作缓慢，而且在偏差刚一出现时，调节器作用很弱，不能及时克服扰动的影响，致使被调参数的动态偏差增大，调节过程增长，因此它很少被单独使用。如果把比例和积分两种作用合起来，就构成PI调节器：这样的调节器既克服了单纯比例调节器有静差存在的缺点，又避免了积分调节器响应慢的缺点，即静态和动态特性均得到了改善，所以应用比较广泛。三、比例微分调节器（PD）微分作用，在偏差刚刚出现偏差值尚不大时，根据偏差变化的趋势，提前给出较大的调节作用，使偏差尽快消除。由于调节及时，可以大大减小系统的动态误差及调节时间，使过程的动态品质得到改善。特点：输出只能反应偏差输入变化的速度，而对于一个固定不变的偏差则不会有微分作用输出。因此，微分作用不能消除静差，而只能在偏差刚刚出现的时刻产生一个很大的调节作用。PD调节器 PID调节器 说明：并非所有工业控制系统都需要使用PID调节器，PI、PD调节器也常常被人们所采用，因为它们比较简单。究竟使用哪种调节器，应根据具体情况和现场实验进行选定。4.2 PID算法的数字实现Sec 4.2 Digitalization of PID Algorithm将其离散化,用数字形式的差分方程来代替连续系统的微分方程 1、差分离散化 由于式（4-9）的输出值与阀门开度的位置一一对应，因此通常把式（4-9）称为PID的位置控制算式。方便起见，可写作:2、位置控制算式3、增量控制 算式 在很多控制系统中，由于执行机构是采用步进电机或多圈电位器进行控制的，所以此时只要给一个增量信号U(n)即可，即在第（n-1）次的基础上增加（或减少）的量，所以叫做PID的增量控制式。4.3 PID数字控制器算法的改进 The Improvement of PID Digital Controller原因之一：PID算法本身的不足原因之二：数字PID算法相对与模拟PID控制器的不足 1、模拟调节器进行的控制是连续的，控制作用每时每刻都在进行；而数字控制器在保持器作用下，控制量在一个采样周期内是不变化的。2、由于计算机的数值运算和输入/输出需要一定的时间，控制作用在时间上有延滞。3、计算机的运算字长有限和A/D、D/A转换器的分辨率及年个精度而使控制有误差。4.3.1 积分饱和及其防止方法 一、积分饱和的原因及影响一、积分饱和的原因及影响 现象一：控制系统在刚启动或突然改变给定值时，反馈系统出现的较大偏差不可能在短时间内消除，经过积分项的累加后，可能使控制量u(k)很大，甚至超过执行机构由机械或物理性能所决定的极限。现象二：而在输出达到设定值后，虽然e小于等于0，但由于积分项的积累太大，使控制量u仍保持较大的数值，从而使y将大大超过设定值。只有e变负，并且持续较长时间后，才能抵消以前累积的正的积分值，退出饱和区，回到正常的控制状态。总结：由于执行机构的限制和积分项的存在，引起了PID运算的饱和，这种饱和称为积分饱和。影响：积分饱和增加了超调量和系统的调整时间。二、积分饱和的抑制 1.积分分离法 e 使用PD数字控制器,取消积分作用，克服积分饱和 e B 时 采用PID算法决定控制量的输出e B 时 设置一个固定的控制量（可以为0）二、砰砰PID复合控制 1、砰砰（Bang-Bang）控制其输出只有开和关两种状态。输出低于设定值时，控制为开状态。输出达到或将达到设定值时，关闭控制输出。e Q 时 采用砰砰控制,加快响应速度.2、砰砰PID复合控制 THAT IS ALL FOR CHAPTER 4此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢