数字PID及其算法剖析.ppt

思考题 1. 什么是数字PID位置式控制算法和增量式控制算法？试比较它们的优缺点。 2.什么是积分饱和现象？它是怎样引起的？如何消除？ 3.什么是数字PID的积分分离算法？它有何优点？ 4.试分析说明理想微分PID与实际微分PID输出控制作用有何区别？实际微分PID有何优越性？ 5.为什么可以把带死区的PID控制算法称为非线性的PID控制算法？ 6.何为PID控制器参数的整定？整定的实质是什么？采样周期如何确定？ * 图5.20 带死区的PID动作特性图 四、带死区的PID算式 该系统实际上是一个非线性控制系统，即当偏差绝对值｜E (k)｜≤B时，其控制输出为KP(k) ；当 时，则输出值P(k)以PID（或PD，PI）运算结果输出。其计算程序流程如图5.21所示。 图5.21 带死区的PID控制流程图 五、不完全微分PID控制算法 问题引出： 1）对有高频扰动的生产过程，微分作用响应过于敏感，易引起振荡，降低调节品质； 2）执行需要时间，而微分输出短暂，结果是执行器短时间内达不到应有开度，使输出失真。 解决： 在输出端串联一阶惯性环节，组成不完全微分PID控制器。 图9-10 不完全微分数字PID控制器 其中，一阶惯性环节的传递函数： 因为 所以 不完全微分数字PID位置型控制算式 式中： 在单位阶跃信号作用下，完全微分与不完全微分输出特性的差异，如图5.17所示。 图5.17 PID控制算式的输出特性 不完全微分PID控制器的增量型控制算式： 式中： 五、不完全微分的PID算式 由图5-17（a)可见: 完全微分项对于阶跃信号只是在采样的第一个周期产生很大的微分输出信号，不能按照偏差的变化趋势在整个调节过程中起作用，而是急剧下降为0，因而很容易引起系统振荡。 完全微分在第一个采样周期里作用很强，容易产生溢出。 不完全微分系统中，其微分作用是逐渐下降的，因而使系统变化比较缓慢，故不易引起振荡。 5．3．2手动／自动跟踪及手动后援问题 在自动调节系统中，为使系统安全、可靠，需要设置手动／自动跟踪及手动后援，需解决两个问题： 手动到自动切换时，能够实现自动跟踪。 即在由手动→自动切换时刻，自动控制的PID的输出等于手动时的阀位值，然后在此基础上。即可按采样周期进行自动调节。 由自动到手动时，要能够输出手动控制信号。 5．3．2手动／自动跟踪及手动后援问题 为达此目的，必须使系统能采样两种信号： ① 自动／手动状态； ② 手动时的阀位值。 下边介绍一种实现手动／自动跟踪及手动后援的简易方法。 当调节系统要求不太高，或为节省资金，可自行设计一个简易的手动自动跟踪及手动后援系统，如图5.15所示。 图5.15 自动跟踪及手动后援原理系统图 当SA换至2—2ˊ位置上，SW＝1，手动方式，执行机构由RP控制 当SA处于1—lˊ位置时，SW＝0，自动方式，执行机构由D／A控制； 5．3．2手动／自动跟踪及手动后援问题 （一）电路分析 按系统要求设置双刀双掷选择开关SA的位置。 SA有两个位置， 当SA处于1—lˊ位置时，SW＝0，自动方式，执行机构由D／A控制； 当SA换至2—2ˊ位置上，SW＝1，手动方式，执行机构由RP控制； 图中的两个电流源为电压一电流变换器，输出范围为4~20mA。 A／D转换器用来检测手动时阀门的位置。 5．3．2手动／自动跟踪及手动后援问题 （二）系统的工作原理 首先根据系统的要求设置开关SA的位置。在进行PID运算之前，先判断SW的状态，如果为l(手动状态)，则不进行PID运算，直接返回主程序。 若SW＝0，调节系统处于自动状态，此时，首先进行增量型PID运算，然后再加上经A／D转换器检测到的手动状态下的阀位值，作为本次PID控制的输出值，即 (5-18) 式中，△ P(k)——增量型PID计算值； P0 ——手动时阀的开度。 5．3．2手动／自动跟踪及手动后援问题 注意，此过程只存在于由手动到自动的第一次