第5章_数字调节器1.ppt

* 编程中几个要注意的问题： （1）关于运算数字的表示 为了提高运算精度，在程序中采用两字节（16位二进制数）运算。一般输入通道的ADC可选8位、10位或12位，相应地输入信号为8位、10位或12位数字量，将所得数字量化为16位字长的百分量，可以提高运算精度。 由于采用双字节运算，因此输入、输出参数范围和PID参数范围及它们在机器中的表示法如P95 表 5－2中所示。PID运算结果为百分量，为了将输出控制量经 DAC输出，需将百分量化为与 DAC位数相应的数字量。 * （2）关于积分精度 在数字调节器中引入积分作用同样是为了消除系统的静差，但由于采用有限字长运算，当积分作用的输出小于机器字长所能表示的范围时，就被视为机器零而将数丢掉。这样积分就不能再进行，使偏差en始终存在。 为了减小系统静差，可以采用以下方法： l）增加积分运算的字长。 2）先累加偏差，后进行乘除运算。 （3）关于调节器的正、反作用 作为一个通用的数字调节器，与模拟调节器一样也必须设置正／反作用切换功能。 根据用户需要，对“正反作用状态字”置数，当要求调节器为正作用时，将其置为00H；要求为反作用时，则置为01H。在执行PI运算子程序时，调节器根据此状态字自动对⊿pn进行不同的处理，即正作用时直接加⊿pn ；反作用时⊿pn变补后再与pn-1相加。 * （4）输出限幅和抗积分饱和 * 2．浮点运算的PID程序 整个 PID程序流程图也如前图所示，只是⊿pn的编程公式不同。由于浮点数可表示很大的数值范围，因此在编程时一般不用考虑溢出问题。将KP、KI、 KD、en-2、en-1及en都用浮点数表示后，即可直接按下式所示PID算式编程。 pn=pn-1+KP(en-en-1)+KIen+KD(en-2en-1+en-2) 程序中多次调用浮点数加、减、乘运算子程序，得到以浮点数表示的百分量输出pn。在输出程序中需进行以下运算（以8位DAC为例）： 输出数字量＝ pn ×FFH 上式中FFH应化为浮点数，计算出的输出数字量也为浮点数，需通过浮点→定点转换程序变为定点数后输出，送给D/A转换器变换为模拟控制信号。 * 5.4 PID参数自整定调节器 PID参数自整定是对于一个正在运行的控制系统，特别是 定值改变的控制系统自动整定控制回路中的PID参数。 PID参数自整定的方法有多种，大致可分为两大类。 1.波形识别法 这类方法有两种类型：一种是在系统中加入具有继电特性 性的非线性环节，使系统产生自激等幅振荡，通过测取振荡波 的振幅和周期，求取系统的临界振荡参数，再利用Ziegler- Nichols规则对PID参数进行整定。另一种是根据过程输出曲线 形状判别来整定PID参数。 * * 2．以对象数学模型辨识为基础的自整定方法 对象数学模型的辨识方法有施加扰动和不施加扰动两类。 * PID参数自整定的方法很多，我们这里仅介绍三种目前用得较多的方法。 一、改进型临界比例度法（继电限幅自整定法） 这是波形识别法中的一种参数自整定方法。用改进型临界比例度法的PID参数自整定控制系统结构示意图如下图所示。 图中 G（j?）为控制对象，N为具有继电特性的非线性环节。当系统处于自整定状态时，开关S置于位置2，S置于位置1时为系统正常工作状态，进行PID控制。 * 改进型临界比例度法整定PID参数的运行步骤： 1）使系统工作在有继电特性的非线性系统状态，产生自激振荡，求出临界比例系数KCP及临界振荡周期TCP。 2）按Ziegler－Nichols规则计算出PID参数KP、TI、TD的值。 改进型临界比例度自整定方法的特点是原理简单、整定速度快，但为求取KCP及TCP系统要产生等幅振荡，因此不宜多次使用。它适用于回路参数的初始整定，特别是系统开工时大量的回路整定。将用改进型临界比例度自整定方法求出的PID参数作为初值，在实时运行中再应用其它方法对参数进行修正。实时修正参数可用迭代法或专家法。 * 二．迭代自整定控制算法 在闭环控制系统中，假设调节器经初步整定的初始参数，通过推导出PID参数KP、TI、TD的迭代整定算式求出修正参数。 前述改进型临界比例度整定算式可用于确定初始整定参数，而迭代算式适用于在已有较好整定参数的基础上进行