第三章數(shù)字PID的模擬化設(shè)計2ppt課件

1、第三章第三章 數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計2內(nèi)容提要內(nèi)容提要 概述概述 離散化方法離散化方法 PID數(shù)字控制器的設(shè)計數(shù)字控制器的設(shè)計 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID控制算法的改進(jìn)控制算法的改進(jìn) PID數(shù)字控制器的參數(shù)整定和設(shè)計舉例數(shù)字控制器的參數(shù)整定和設(shè)計舉例 小結(jié)小結(jié)一、積分飽和及其防止方法 積分飽和：由于積分項的存在，引起PID運(yùn)算的飽和，即 使控制量ukumax或uk 時 為 門限值則上式稱為積分分離PID算式。e k( ) 2、遇限削弱積分法、遇限削弱積分法 基本思想及算法框圖：教材基本思想及算法框圖：教材P96P97一般PID積分分離PID開始引入積分作用Y(t)t0P 在標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)

2、PID算式中，當(dāng)有節(jié)躍信號輸入時，微算式中，當(dāng)有節(jié)躍信號輸入時，微分項輸出在第一個采樣周期里作用很強(qiáng)，且急劇分項輸出在第一個采樣周期里作用很強(qiáng)，且急劇下降，容易引起調(diào)節(jié)過程的震蕩，導(dǎo)致調(diào)節(jié)品質(zhì)下降，容易引起調(diào)節(jié)過程的震蕩，導(dǎo)致調(diào)節(jié)品質(zhì)下降。下降。 為克服這一缺點，又使微分作用有效，可以為克服這一缺點，又使微分作用有效，可以采用不完全微分的采用不完全微分的PID算法。算法。3.4 數(shù)字PID控制算法的改進(jìn)二、不完全微分的二、不完全微分的PID算法算法 糾正比例和微分飽和的一種辦法是采用不完全微分。( )( )( )PIDU sUsUs3.4 數(shù)字PID控制算法的改進(jìn)基本思想：依照模擬調(diào)節(jié)器的實際

3、微分調(diào)解器，加入慣性基本思想：依照模擬調(diào)節(jié)器的實際微分調(diào)解器，加入慣性 環(huán)節(jié)，以克服完全微分的缺點。環(huán)節(jié)，以克服完全微分的缺點。該算法的傳遞函數(shù)表達(dá)式：該算法的傳遞函數(shù)表達(dá)式：DKID1PT SDDU sT SK1TE s1+SK( )( )為微分增益()Us分成比例積分和微分兩部分，并推導(dǎo)出差分方程如下：不完全微分的不完全微分的PID位置型算式為：位置型算式為：DP1ISDTT( ) ( )( ) ( )(1)TTu (k1)kPju kKe ke jKe ke kDPPISDDTT( ) ( ) e(k 1) K( )eu (k 1) u (k)TT2e(k 1) e(k2)k2)Pu k

4、K e ke kK不完全微分的不完全微分的PID增量型算式為：增量型算式為：,DDDsDDDTTKTTTKTK其中，其中，兩種微分作用的比較兩種微分作用的比較三、純滯后的補(bǔ)償算法三、純滯后的補(bǔ)償算法 有純滯后的常規(guī)反饋控制回路有純滯后的常規(guī)反饋控制回路 系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為 系統(tǒng)的特征方程中包含有系統(tǒng)的特征方程中包含有 ，因此會使系統(tǒng)的穩(wěn)定，因此會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降性下降 spspBesGsDesGsDsG)()(1)()()(se3.4 數(shù)字PID控制算法的改進(jìn) Smith預(yù)測器虛線部分是帶純滯后補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為經(jīng)過純滯后補(bǔ)償控制，系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為)1)()(1

5、)()(spesGsDsDsD)()(1)()()(sGsDesGsDsGpspB3.4 數(shù)字PID控制算法的改進(jìn)對應(yīng)框圖：對應(yīng)框圖：se在閉環(huán)控制回路之外，僅將控制作用在時間坐標(biāo)上推移了一個時間，控制過程及其他性能指標(biāo)都與對象特征為 ( )pGs時完全相同。消除了純滯后部分對系統(tǒng)的影響。 具有純滯后補(bǔ)償?shù)臄?shù)字PID控制器 許多工業(yè)對象可以用一階慣性環(huán)節(jié)和純滯后環(huán)節(jié)表示：因此預(yù)估器的傳函為：3.4 數(shù)字PID控制算法的改進(jìn)( )( )1fsscpfKGsGs eeT s( )( )(1)(1)1fsspfKG sG seeT s( )y k 純滯后補(bǔ)償控制算法步驟： (1)計算反饋回路偏差 ：

6、 (2)計算施密斯預(yù)估器的輸出 ： 先寫成微分形式再轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的差分方程式： 其中 ， (3)計算反饋回路偏差 ： (4)計算PID控制器輸出 ：1( )( )( )e kr ky k1( )e k2( )e k( )( )(1)(1)( )1fsNTspfKYsGseeU sT s( )y k( )(1) (1)(1)y kay kb u ku kNfTaTT(1)fbKa21( )( )( )e ke ky k( )u k222222( )( )(1)/( )/ ( )2(1)(2)PIDu kKe ke kT T e kTT e ke ke k3.4 數(shù)字PID控制算法的改進(jìn) 四、帶死區(qū)

7、的四、帶死區(qū)的PID控制控制 適用場合：在控制精度要求不太高，控制過程適用場合：在控制精度要求不太高，控制過程要求盡量平穩(wěn)的場合，為避免控制動作過于頻繁要求盡量平穩(wěn)的場合，為避免控制動作過于頻繁所引起的振蕩。所引起的振蕩。 3.4 數(shù)字PID控制算法的改進(jìn) 控制算式為：控制算式為：(k)(k)0kkkeBuueBu 比如一反應(yīng)器的液位控制另一反應(yīng)器的進(jìn)料，希望進(jìn)料波動小些，而液位允許有一定范圍的波動?？刹捎脦绤^(qū)的PID控制。五、防止積分整量化誤差的方法 在增量型PID算式中，積分項為 ，當(dāng)微機(jī)的運(yùn)算字長較短時，如果采樣周期T較短，而積分時間TI 又較長，則容易出現(xiàn)ui 小于微機(jī)字長精度的情況，此時uI 就要被丟掉，該次采樣后的積分控制作用就會消失，這種情況稱為積分不靈敏區(qū)，它