第4章 数字PID控制算法1

第4章 常规及复杂控制技术 章

内容提要 概述 准连续 准连续PID控制算法 控制算法 对标准PID算法的改进 算法的改进 对标准 PID调节器的参数选择 调节器的参数选择 小结

§4.1数字控制器的连续化设计技术 4.1数字控制器的连续化设计技术控制算法是智能化测量控制仪表的一个重要组成部分， 控制算法是智能化测量控制仪表的一个重要组成部分，整 个仪表的控制功能主要由控制算法实现。比例( )、 )、积分 个仪表的控制功能主要由控制算法实现。比例(P)、积分 )、微分 (I)、微分(D)控制是过程控制中应用最广泛的一种控制 )、微分( ) 规律。 规律。 一、PID概述 概述 1.PID三作用的控制概念 三作用的控制概念 PID调节器是一种线性调节器，其作用是将给定值 调节器是一种线性调节器 调节器是一种线性调节器，其作用是将给定值w(t)于 于 实际输出值y(t)之差 之差e(t)作为控制器的输入，控制器按偏差的 作为控制器的输入， 实际输出值 之差 作为控制器的输入 P、PI、PID形成控制量。 形成控制量。 、 、 形成控制量 即： e(t)=w(t)-y(t)

§4.1数字控制器的连续化设计技术 数字控制器的连续化设计技术 按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器简称为 按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器简称为PID 比例 进行控制的调节器简称为 调节器。 ( Proportional - Integral - Differential )调节器。 PID调节是连续系统中技术最成熟、应用最广泛的一种调节方式，其 调节是连续系统中技术最成熟、应用最广泛的一种调节方式， 调节是连续系统中技术最成熟 实质是根据输入的偏差值 调节的实质是根据输入的偏差值， 比例、积分、微分的函数关系进 调节的实质是根据输入的偏差值，按比例、积分、微分的函数关系进 行运算，其运算结果用于输出控制 输出控制。 行运算，其运算结果用于输出控制。 在实际应用中，根据具体情况，可以灵活地改变PID的结构，取其一 的结构， 在实际应用中，根据具体情况，可以灵活地改变 的结构 部分进行控制。 部分进行控制。

§4.1数字控制器的连续化设计技术 数字控制器的连续化设计技术2.PID调节器的优点 调节器的优点 ★ ★ ★ ★ 技术成熟 易被人们熟悉和掌握 不需要建立数学模型 控制效果好

§4.1数字控制器的连续化设计技术 数字控制器的连续化设计技术3.PID控制实现的方式 控制实现的方式◆

模拟方式： 电子电路调节器实现。在调节器中， 模拟方式：用电子电路调节器实现。在调节器中，将被 实现

测信号与给定值比较，然后把比较出的差值经PID电路运 测信号与给定

值比较，然后把比较出的差值经 电路运 电路 算后送到执行机构，改变进给量，达到调节之目的。 算后送到执行机构，改变进给量，达到调节之目的。◆

数字方式： 计算机进行PID运算，将计算结果转换成 运算， 数字方式：用计算机进行 进行 运算 将计算结果转换成

模拟量，输出去控制执行机构。 模拟量，输出去控制执行机构。

4.PID的控制作用 的控制作用 (1)比例控制器

§4.1数字控制器的连续化设计技术 数字控制器的连续化设计技术u = KPe + u0其中： 其中： u— 控制器的输出 KP— 比例系数 e(t)— 调节器输入偏差 e(t) 控制量的基准， u0— 控制量的基准， e(t)=0时控制器的输出 e(t)=0时控制器的输出e(t) t 0 yu(t) KP e(t) 0 t

比例作用的特点：迅速反应误差，控制及时； 比例作用的特点：迅速反应误差，控制及时；但不能消除稳 特点 态误差(静差),比例系数 过大容易引起不稳定 态误差(静差),比例系数Kp过大容易引起不稳定。其控制 ),比例系数 过大容易引起不稳定。 作用的强弱取决于Kp的大小。 作用的强弱取决于 的大小。 的大小

§4.1数字控制器的连续化设计技术 数字控制器的连续化设计技术(2)比例积分(PI)调节器 比例积分(PI) 1 t u = KP e + ∫ edt + u0 TI 0 0 e(t) t

u(t) y

其中： 其中： TI — 积分时间常数 积分时间Ti越大 越大， 积分时间 越大，则积分速度越 积分作用越弱。减小Ti可以 慢，积分作用越弱。减小 可以 减小超调，提高稳定性。 减小超调，提高稳定性。 积分作用特点：消除静差， 积分作用特点：消除静差，但容易 特点 引起超调，甚至出现振荡。 引起超调，甚至出现振荡。

t 0

e(t) t 0 y u(t)

y2 y1=KP e(t)0 K1 KP e(t) t

§4.1数字控制器的连续化设计技术 数字控制器的连续化设计技术(3)比例微分(PD)调节器 (3)比例微分(PD)调节器 比例微分(PD)de u = KP e +TD + u0 dt u(t)

其中： D 其中：T — 微分时间常数

u(t)

微分作用特点：减小超调，克服振荡， 微分作用特点：减小超调，克服振荡，提 特点 高稳定性，改善系统动态特性。 高稳定性，改善系统动态特性。

§4.1数字控制器的连续化设计技术 数字控制器的连续化设计技术 积分作用虽然可以消除静差，但是却降低了响应 积分作用虽然可以消除静差，但是却降低了响应 速度。为了加快控制过程，有必要在e(t)出现或变 速度。为了加快控制过程，有必要在 出现或变 化的瞬间，不仅对e(t)做出及时反应(比例环节的 化的瞬间，不仅对 做出及时反应( 瞬间 做出及时反应 作用),而且还要对偏差量的变化做出反应， ),而且还要 …… 此处隐藏：2558字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……