WX03_型计算机控制技术_第三章3.ppt

第3章 数字控制器的模拟化设计方法 3.5 PID数字控制器的参数整定 将各种数字PID算法用于实际系统的，必须确定算法中各参数的具体值，如KP、TI、TD、采样周期T，以使系统性能满足一定的要求。这就叫做参数整定。 数字PID控制参数整定的任务是确定KP、TI、TD、采样周期T 。 对于结构和控制算式的形式已定的控制系统，控制质量的好坏主要取决于选择的参数是否合理。 3.5 PID数字控制器的参数整定 一、 采样周期的选择原则 二、PID控制器参数对系统性能的影响 3.5.1 试凑法确定PID调节参数 3.5.2 扩充临界比例度法 3.5.3 扩充响应曲线法 3.5.4 归一参数整定法 一、 采样周期的选择原则 采样周期T在计算机控制系统中是一个重要的参量。 合理的选择周期T，也是数字控制系统的关键问题之一。 1）必须满足采样定理的要求 从信号的保真度来看，采样周期必须满足香农采样定理，即ws≥2wmax 所以采样周期的上限T≤π/wmax。 2）从控制系统随动和抗干扰的性能要求来看，则T小些好。 干扰频率越高，则采样频率最好越高，以便实现快速跟随和抑制干扰。 3）根据被控对象特性，快速系统T应取小，否则T可取大些。 4）根据执行机构类型，当其动作惯性大时，T应取大些；否则，执行机构来不及反应控制器输出值的变化。 5）从计算机的工作量和每个调节回路的计算成本来看，一般则要求采样周期大些。特别当计算机用于多回路控制时，必须使每个回路的调节算法都有足够的时间完成。 6）从计算机能精确执行控制算式来看，T应选大些。 因为计算机字长有限，T过小，误差e(k)可能很小，甚至为0，微分、积分作用不明显，调节作用减弱。 在实际的生产过程中，采样周期的选择方法有两种方法，一种是计算法，一种是经验法。计算法由于比较复杂，特别是被控系统各环节时间常数难以确定，所以工程上用得比较少。 由于生产过程千变万化，经验数据不一定合适，因此实际的采样周期需要经过现场调试后确定。 当系统有多个不同被控物理量，T一般应选择采样周期最小的物理量。 二、PID控制器参数对系统性能的影响 PID控制器的参数 、 和 的变化对系统性能有着不同的影响 1、 比例控制KP对系统性能的影响 2、 积分控制TI对系统性能的影响 3、 微分控制TD对系统性能的影响 1、比例控制KP对系统性能的影响 ① 对动态特性的影响 KP加大，使系统的动作灵敏，速度加快。 KP偏大，振荡次数增多，调节时间加长。 当KP太大时，系统会趋于不稳定。 若KP太小又会使系统的动作缓慢。 ② 对静态特性的影响 加大比例控制KP，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差，提高控制精度，但不能完全消除稳态误差。 2、积分控制TI对系统性能的影响 积分控制通常与比例控制或微分控制联合作用，构成PI控制或PID控制。 ① 对动态特性的影响 TI太小系统将不稳定。 TI偏小，振荡次数较多。 TI太大，对系统性能的影响减少。 当TI合适时，过渡过程特性比较理想。 ② 对静态特性的影响 积分控制TI能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。 但是若TI太大时，积分作用太弱，以至不能减小稳态误差。 3.微分控制TD对系统性能的影响 微分控制经常与比例控制或积分控制联合作用，构成PD或PID控制。 微分控制可以改善动态特性，如超调量减少，调节时间缩短，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。 微分控制对高频噪声起放大作用，主要适合于特性滞后较大的广义对象，如温度对象等。 TD偏大时，超调量较大，调节时间较长。 TD偏小时，超调量也较大，调节时间也较长。 只有当TD合适时，可以得到比较满意的过渡过程。 对控制系统的基本要求： 稳：（基本要求） 要求系统要稳定 准：（稳态要求） 系统响应达到稳态时，输出跟踪精度要高 快：（动态要求） 系统阶跃响应的过渡过程、要平稳、快速 选择控制器的参数，必须根据工程问题的具体要求来考虑。 显然，要同时满足“快、准、稳”的要比较难。必须根据具体过程的要求，满足主要性能指标，并兼顾其他指标。 本节将介绍试凑法、扩充临界比例度法、扩充响应曲线法和PID归一参数等方法，对PID参数进行整定。 3.5.1 试凑法确定PID调节参数 根据经验选择一组数据，让系统试运行，观测系统的动态和静态性能指标，针对存在的问题，改变一个或两个参数的值，再让系统试运行。反复修改、反复运行，直到满足要求。 比较费时，但往往是有效的方法之一。 试凑法整定步骤: 首先只整定比例部分； 如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则应加入积分环节； 若调节器消除了静差，但动态过程经反复调整仍不能满意，则可加入微分环节。