第二章微机控制系统2011.ppt

二. PID控制规律的离散化 在DDC系统中，PID控制规律由软件去实现，计算机取代模拟调节器。 计算机进行PID控制：对系统输出量进行采样，与给定量进行比较，得到本次采样时刻的偏差。设第n次采样时的偏差为e（n），并依次把过去的采样偏差记为e(n-1)、e(n-2)……e(1)、e(0)。利用数值计算的方法逼近，用分区求面积代替积分，用平均斜率代替微分，则计算机作为数字调节器的输出为： U(n)为全量输出，称位置式PID算式，反映每次采样时刻执行机构应达到的位置，如阀门，输出值u（n）与每次阀门的开度一一对应。 计算时需保存e(0)、e(1)……e(n)，或需一直累积e(i)。 用于以晶闸管或伺服电机作为执行机构的系统，控制精度较高。 由上式： Δu(n)为u(n)相对于u(n-1)的增量，是第n次采样相对于第n-1次采样调节器输出量的增量，称为增量式PID算式，第n次采样调节器只需输出一个增量信号即可。 用于以步进电机或多圈电位器作为执行机构的系统。 增量式与位置式比较，具有很多优点： 1.?位置式算法是全量输出，每次输出都与过去状态有关，积分项易产生较大的积系误差，而增量式不产生积分失控，容易获得较好的调节效果。 2.只输出增量，执行机构变化量小，误动作时影响小。 3.由于输出增量，在手动/自动切换时，冲击较小，易实现比较平滑的过渡（无扰动切换） 所以，增量式算法应用更广泛。 三.? PID算法的编程 位置式： 由算式得： 其中： 写成： 其中： 位置式程序设计框图： 计算参数Kp，Ki，Kd 令e(n-1) =ui(n-1)=0 测输出量c(t),形成e(n) 计算up(n); ui(n); ud(n) 计算 u(n) e(n-1)＝e(n) ui(n-1)=ui(n) 下次采样时刻到否？ Y N 采样 取代 输出 u(n) 增量式PID算式改写成： ） 增量式程序设计框图： 调节参数d0，d1，d2 令e(n-1)＝e（n-2）＝0 测输出量c(t),形成e(n) 计算d0e(n);d1e(n-1);d2e(n-2) 计算 u(n) e(n-1)＝e(n) e(n-2)=e(n-1) 下次采样时刻到否？ Y N 采样 取代 输出 u(n) 四.标准PID算法的改进 数字控制器与模拟调节器相比，控制质量不如后者。 （1） 模拟是连续控制，数字在一个采样周期内的输出是不变的，不能连续跟踪系统的输出。 （2） 计算机进行计算和测试，输出有一定时间滞后，控制作用延迟。 （3） 由于受字长所限，A/D,D/A转换精度不高会使控制有误差。 应充分发挥计算机逻辑判断功能强、编程灵活的优势，在标准PID算式基础上，针对不同的控制系统，建立相应的特殊控制算法，以求综合控制效果超过模拟调节器。 1? 积分分离控制 积分分离法：阶跃信号输入时，取消积分作用，直至偏差小于一个界限即被控制量接近给定值时，投入积分作用。 2 变速积分 积分项累加速度随偏差大小不同而改变，设置一系数f(e(n)),它与|e（n）|成反比。其积分项表达式改变为： f[e(n)]在0～1区间内变化： 当偏差大于A+B时，f＝0，本次偏差不再累加到uI中； 偏差小于B时，f=1,累积e（n），与一般PID积分项相同（全速） 偏差在B~A+B之间时，f在0～e(n)之间变化，累加部分e(n)，且e(n)越大，积分项越小，积分动作为变速。 优点：（1）完全消除了积分饱和现象 （2）大大减小了超调量，使系统容易稳定。 积分分离法对积分项采用“开关”控制，变速积分则是缓慢变化，调节品质大为提高。 3 带有死区的PID控制 为了避免控制动作过于频繁，防止由于频繁动作所引起的振荡，采用带有死区的PID控制。 设置一个死区B（可调参数）: B值太大，系统产生很大滞后，控制精度低； B值太小，调节过于频繁，达不到稳定被控对象的效果。 §2.3 PID参数整定方法 一.? 采样周期T的确定 二.扩充临界比例度 三.扩充相应曲线 四.简化扩充临界比例度法 一.? 采样周期T的确定 根据采样定理，采样周期上限,T越小，信号失真越小，太小，e（n）过小，失去调节器作用；Tmin是计算机执行一个循环的控制程序所需时间。 1. 给定值的变化频率 越高，T越小，采样值能迅速反映给定值的改变； 2. 被控对象的动态特性 对象的纯滞后时间θ及时常τ，θ、τ大，不宜频繁控制，T大些，如热工、化工；对象变化快，T小些，如流量。 ?3. 扰动频率 高，T小，使扰动迅速得到校正 4. 控制算式和