數(shù)字PID控制算法之.ppt

第五章 數(shù)字PID控制算法之一,王賀升 上海交通大學(xué)自動化系 2010年4月,內(nèi)容提要,概述 準連續(xù)PID控制算法 對標準PID算法的改進 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇 小結(jié),概述,按偏差的比例、積分和微分進行控制的調(diào)節(jié)器簡稱為PID（ Proportional - Integral - Differential ）調(diào)節(jié)器 PID調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)節(jié)方式，其調(diào)節(jié)的實質(zhì)是根據(jù)輸入的偏差值，按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進行運算，其運算結(jié)果用于輸出控制。 在實際應(yīng)用中，根據(jù)具體情況，可以靈活地改變PID的結(jié)構(gòu)，取其一部分進行控制,概述（2）,PID調(diào)節(jié)器的優(yōu)點 技術(shù)成熟 易被人們熟悉和掌握 不需要建立數(shù)學(xué)模型 控制效果好,概述（3）,PID控制實現(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，將被測信號與給定值比較，然后把比較出的差值經(jīng)PID電路運算后送到執(zhí)行機構(gòu)，改變給進量，達到調(diào)節(jié)之目的。 數(shù)字方式：用計算機進行PID運算，將計算結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬量，輸出去控制執(zhí)行機構(gòu)。 調(diào)節(jié)器設(shè)計問題-. 終端控制器設(shè)計問題-.,準連續(xù)PID控制算法,模擬PID調(diào)節(jié)器,準連續(xù)PID控制算法（2）, 比例調(diào)節(jié)器 其中： 控制器的輸出 比例系數(shù) 調(diào)節(jié)器輸入偏差 控制量的基準,比例作用：迅速反應(yīng)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差， 過大容易引起不穩(wěn)定,準連續(xù)PID控制算法（3）, 比例積分調(diào)節(jié)器 其中： 積分時間常數(shù),積分作用：消除靜差，但容易 引起超調(diào)，甚至出現(xiàn)振蕩,準連續(xù)PID控制算法（4）, 比例微分調(diào)節(jié)器 其中： 微分時間常數(shù),微分作用：減小超調(diào)，克服振蕩， 提高穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)動態(tài)特性,準連續(xù)PID控制算法（5）, 比例積分微分調(diào)節(jié)器,準連續(xù)PID控制算法（6）,數(shù)字PID控制算法 用數(shù)值逼近的方法實現(xiàn)PID控制規(guī)律 數(shù)值逼近的方法：用求和代替積分、用后向差分代替微分，使模擬PID離散化為差分方程 兩種形式：位置式、增量式,準連續(xù)PID控制算法（7）, 位置式PID控制算法,位置式控制算法提供執(zhí)行機構(gòu)的位置uk，需要累計ek,準連續(xù)PID控制算法（8）, 增量式PID控制算法,增量式控制算法提供執(zhí)行機構(gòu)的增量uk ，只需要保持 現(xiàn)時以前3個時刻的偏差值即可,準連續(xù)PID控制算法（9）, 位置式與增量式PID控制算法的比較,準連續(xù)PID控制算法（10）, 增量式算法不需做累加，計算誤差和計算精度問題對控制量的計算影響較??；位置式算法要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累計誤差。 控制從手動切換到自動時，位置式算法必須先將計算機的輸出值置為原始值 u0 時，才能保證無沖擊切換；增量式算法與原始值無關(guān)，易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。 在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)被控對象的實際情況加以選擇。一般認為，在以閘管或伺服電機作為執(zhí)行器件，或?qū)刂凭纫筝^高的系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)采用位置式算法；而在以步進電機或多圈電位器作執(zhí)行器件的系統(tǒng)中，則應(yīng)采用增量式算法。,準連續(xù)PID控制算法（11）, 位置式PID控制算法的程序設(shè)計 思路： 將三項拆開，并應(yīng)用遞推進行編程 比例輸出 積分輸出 微分輸出,準連續(xù)PID控制算法（12）, 增量式PID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)d0，d1，d2和設(shè)定值w，并設(shè)置誤差初值ei = ei1 = ei2 = 0,?對標準PID算法的改進,積分飽和作用及其抑制 積分飽和：如果執(zhí)行機構(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PID差分方程式所得的運算結(jié)果繼續(xù)增大或減小，但執(zhí)