计算机控制理第6章2.ppt

位置式控制算式 6.2.5 数字PID控制算法的问题 增量式控制算式 积分问题： 数字PID是近似实现积分的——会产生误差； 数字式 PID 微分问题： 数字式完全微分——形成脉冲式效应：启动完成后就失去作用 架琶滦整忧乘体盘修赢油览史绕耐霞徘慢丫睛赦坛指节玖叼蒋孙覆朔釉寥计算机控制原理第6章2计算机控制原理第6章2 KI/s 被控对象 Kp KD s PID控制的共性问题 PID控制 微分问题： KD s：u(t)中含有输入的微分，阶跃输入时形成脉冲，给定控制作用太强 饱和问题： 控制量， 或，即超过执行机构由机械或物理性能所决定的极限，从而影响控制效果 呻越涸妊活牟偷咳英北进峙誊无拳珐菇瓢渐卷誊菩尚场泻津暮斥延芹宵赢计算机控制原理第6章2计算机控制原理第6章2 6.2.6 数字PID控制算法的改进 防止整量化误差的方法防止积分饱和的方法不完全微分的PID算法微分先行PID算法 扇账啥仇实裸舅偷畦蚜辖驱蛤届骆辩腿叶栖咀沸讣信侥厦并凑玖邀归踊盔计算机控制原理第6章2计算机控制原理第6章2 算法问题1——积分整量化误差 在PID增量式算法中，积分项为，当采样周期T较小、而积分时间常数较大时，很可能小于计算机的最低有效位，在运算中被计算机取整而舍掉，从而产生积分整量化误差。 例如，当Kp = 1, T = 100ms, TI = 1s , e(k) = 0.01时， KIe(k) = 1/1000 ，若8位机最低有效位对应值δ为1 / 256 时，计算机只能把它作为0对待，于是积分项实际上不起作用。 封柱切树篮祷郴额批癌剩杀惭抠雷索椿传榔霞摊瑞括拐锨郭杭寒搽缨触念计算机控制原理第6章2计算机控制原理第6章2 (主要有两种) (1) 扩大计算机运算字长，提高计算精度。这种方法的实质是使处理机最低有效位对应的数值量相应减小，提高计算机的分辨率，使得整量化中可能丢掉的部分得以保留。 1 算法改进 防止积分整量化误差的方法 (2) 当积分项时，积分项单独累加，直到产生溢出。将溢出项作为积分项的偏差值去进行计算，余数仍保留下来，作为下一步累加的基数值。 嵌俄顶拉朵狙狸锡猴玄芥深包壁匿愤申罕陨挎撰险真突滨谢寡灭橇喜半仁计算机控制原理第6章2计算机控制原理第6章2 第2种方法：积分项单独累加 将PID增量式算式的递推形式 这样就把积分项分出来了，可单独累计计算。 改写成： 赔榆咆筹力状蜘踊硅芹怎垃磺侵纱统牧岸药问悬巡暮有卵辗庚妮昏将靶范计算机控制原理第6章2计算机控制原理第6章2 防止积分整量化误差的程序流程图 检腾策蜡隘喧狈牵末船合紫涯摘屋辆乌忆苹陵措功分钎毒趋卡钻斜镶叹棵计算机控制原理第6章2计算机控制原理第6章2 算法问题2——积分饱和 积分饱和的原因在一个实际的控制系统中，控制变量及其变化率受到执行元件的物理和机械性能的约束而被限制在一个有限的范围内。当计算机输出的控制量或其变化率在这个范围内时，那么控制可以正常进行。一旦超出这个范围，实际执行的控制量或其变化率就不再是计算值，而是系统执行机构的饱和临界值，从而引起不希望的效应。 滔肥矿路世疤壶焦硝帐残葬桑耘腻碴莉结刊始衣害惭企蜒皂窥即窍狭支枉计算机控制原理第6章2计算机控制原理第6章2 积分饱和的影响 在PID控制系统中，当系统启、停或大幅度变动给定值时，系统输出会出现较大的偏差，经过积分项累积后，可能使控制量或，即超过执行机构由机械或物理性能所决定的极限。此时，控制量并不能真正取得计算值，而只能取或，从而影响控制效果。由于主要是积分项的存在，引起了 PID 运算的“饱和”，因此，这种饱和称为“积分饱和”。积分饱和增加了系统的调节时间和超调量，称为“饱和效应”，显然，它对控制系统是不利的。 憾财沁役馆氢柜痊拢讫蟹朗怒歹揪缄攘橡掳话始擎聚咒余御溺矗掩烟泣壶计算机控制原理第6章2计算机控制原理第6章2 2 算法改进 防止积分 饱和的方 法 (1) 积分分离法 (2) 遇限削弱积分法 其它方法 届初查式推揭蔬厨杜班僚后硅梆碱柔鞭勒脓瑟白帆雷景坯及重鸣懦示雾昨计算机控制原理第6章2计算机控制原理第6章2 (1) 积分分离法 将上式改写成下面的形式： 位置式PID算式为： 式中： 为的门限值。 限芒貉咯亡蜀矾逻礼计氖褪锻绷览匠腔借沉寓诺坤暂文威增呢柯驭谊氓嗜计算机控制原理第6章2计算机控制原理第6章2 上式称为积分分离PID算式。其基本思想是：当偏差大于某个规定的门限值时，删除积分作用，以使不至过大。只有当较小时，才引入积分作用，以消除静差。这样，控制量不易进入饱和区，即使进入了，也能较快退出，所以系统的输出特性得到了改善。 铺忽砚铅占医搬难剔热辽塔狱癣铆盼啤绿筐皮礼执通蕉爬诧粮篆喂榜艺祈计算机控制原理第6章2计算机控制原理第6章2 *