微機控制技術第三章數字控制器的模擬化設計

微機控制技術第三章數字控制器的模擬化設計第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日DDC系統(tǒng)的特點：?計算機運算速度快。

?可分時處理多個控制回路?計算機運算能力強§3-1-2DDC系統(tǒng)的PID控制算式Kc——比例增益Ti——積分時間Td——微分時間P——PID調節(jié)器的輸出信號e——給定值與測量值之差第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日離散化方法：Ts——采樣周期●

位置型PID控制算式Pn——第n次采樣時計算機輸出值en——第n次采樣時的偏差值第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日●

增量型PID控制算式第(n-1)次采樣有：兩次采樣計算機輸出的增量為：

KI——積分系數KD——微分系數第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日●

實用遞推算式(偏差系數控制算式)將增量型PID控制算式改寫為：令三個動態(tài)參數為中間變量：則有：第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日●

特殊形式的PID算式?積分分離PID算式設邏輯系數：對增量型PID算式改進為：?帶有死區(qū)的PID算式

控制算式為：第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日?不完全微分的PID算式不完全微分的PID傳遞函數為：第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日將微分部分化成微分方程：

將微分項化成差分項：令：

第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日不完全微分的PID位置算式為：不完全微分的PID增量算式為：

第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日?消除隨機干擾的措施

對于不同的隨機干擾，可采取如下措施：

?

平均值法

在nT時刻附近連續(xù)采樣8次，計算機求取平均值為：?幾個采樣時刻的采樣值求平均代替當次的采樣值第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日?四點中心差分法

微分項：1.5T0.5Tee(n-3)ee(n-1)e(n-2)e(n)t(nT)?將矩形積分改為梯形積分第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日§4-2DDC系統(tǒng)PID控制參數的選擇及整定●

采樣周期的選擇?對于響應快、波動大、容易受干擾影響的過程，應該選取較短的采樣周期；反之，則長一些。?過程純滯后較明顯，采樣周期可與純滯后時間大致相等。第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日選取采樣周期時應考慮的幾個因素：

?采樣周期應遠小于對象的擾動信號周期

?采樣周期應遠遠小于對象時間常數?考慮執(zhí)行器的響應速度

?考慮對象所要求的調節(jié)品質?考慮控制系統(tǒng)的性能價格比

?考慮計算機所承擔的工作量第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日●量化問題如果要求分辨率為D0，則字長為：例：某溫度控制系統(tǒng)的溫度范圍為0～200℃，要求分辨率為0.005，求A/D轉換器的字長。解：取C為8位。一般D/A的字長可選小于或等于A/D字長。數字量的精度與字長有關。字長又和轉換器的分辨率有關。第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日●數字濾波常用的幾種方法：?算術平均值法?中位值法

在三個采樣周期內，對被測參數連續(xù)采樣讀入三個檢測信號，舍去最大和最小的信號，從中選擇居中的那個數據作為有效檢測信號。第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日?慣性濾波法濾波器傳遞函數為一階慣性環(huán)節(jié)傳遞函數改寫為微分方程：差分化：整理得：Tf——

濾波器時間常數?！獮V波平滑系數第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日4．PID程序的實現在編程的過程中，必須考慮的問題：

●操作特征的設置

?每個回路手動/自動特征位

?每個執(zhí)行機構設置正向/反向特征位

●執(zhí)行機構極限保護

目的：防止執(zhí)行機構過開或過關。

方法：計算ΔPn(n)-ΔU(n)，檢查輸出余量。

●

防止極限環(huán)

解決方法：對計算機輸出規(guī)定一個不靈敏區(qū)ε，如果|ΔPn(n)|<ε則計算機不輸出。

第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日入口回路處于自動?NY調內存Kp.KI.Kd.X.e(k-1).△e(k-1)形成采樣指令,并采樣e(k)計算增量輸出△Pne(k)→e(k-1),△e(k)→△e(k-1)形成輸出采樣指令,并采樣閥位u△u≥0?計算閥位正向余量△u計算閥位反向余量△u△Pn≥|△u|?|△u|≥△Pn?△u→(△u)△Pn→(△u)△u→(△u)(△u)|<ε?形成輸出指令,并輸出e(k-1),△e(k-1)記入內存YYYYNNNN出口系統(tǒng)鑒別

帶有系統(tǒng)輸出鑒別子程序的增量型PID控制算式的程序框圖

第十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日5．PID參數整定數字PID控制算法的參數選擇一般根據

?

被控過程的特性

?

采樣周期的大小

?

工程上其它具體要求

?選取一個很小的采樣周期?

使計算機過程控制系統(tǒng)為純比例控制，改變比例系數，使其出現等幅振蕩，得到臨界比例系數和臨界周期。?計算控制度第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日控制度控制算法1．05PIPID0．030．0140．550．630．880．49—0．141．2PI

PID0．050．0430．490．470．910．47—0．161．5PIPID0．140．090．420．340．990．43—0．22．0PIPID0．220．160．360．271．050．40—0．22常規(guī)控制器PIPID——0．570．70．830．5—0．13擴充臨界比例度的計算表第二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日§3-3復雜控制系統(tǒng)設計§3-3-1串級控制系統(tǒng)的設計例：煤氣加熱爐串級溫度控制系統(tǒng)煤氣空氣PCTC加熱爐溫度壓力第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日主控制器付控制器保持器付對象主對象R1(t)R1(n)e1(n)R2(n)e2(n)Δu2(n)C2(t)C1(t)--C2(n)C1(n)雙回路串級控制系統(tǒng)計算順序?計算主回路的偏差?主控制器的計算（位置PID）第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日?計算付回路的偏差?付控制器的計算（增量PID）第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日§3-3-2前饋控制系統(tǒng)的設計前饋控制系統(tǒng)：當被測的干擾進入控制對象時，前饋控制預先調整控制作用，使被控變量保持在給定值上。Ffff第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日設：u1=0，并設輸出的干擾為0，則有完全補償的條件Ffff第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日若:前饋控制器為:Fffnnn第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日離散化:第二十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日前饋-反饋計算機控制系統(tǒng)計算順序為：?計算反饋控制的偏差?反饋控制器輸出（PID）?計算前饋補償器輸出?總控制量輸出第二十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日§4-3-3大純滯后補償控制系統(tǒng)的設計預估器的傳遞函數為閉環(huán)傳遞函數為第二十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日史密