第六章机电一体化系统的控制技术精要.ppt

Design of Mechatronical Systems 第六章 机电一体化系统的控制技术 6.1 常规数字PID控制算法 6.2 数字PID的改进算法 6.3 数字PID参数整定 6.4* 机电一体化系统的智能技术 思考题与习题 第六章 机电一体化系统的控制技术 6.1 常规数字PID控制算法 6.1.1 PID 控制的基本原理 6.1.2 数字 PID 算法 6.1.3 数字 PID 控制器的实现 6.1.1 PID 控制的基本原理 1. 比例控制作用 2. 积分控制作用 3. 比例积分控制作用 4. 微分控制作用 5. 比例积分微分控制作用 1. 比例控制作用 比例控制 作用： 能迅速反映误差，从而减小误差，但不能消除稳态误差，比例系数的加大，会引起系统的不稳定。 1. 比例控制作用 1. 比例控制作用 在不同的负荷下，被控参数H 的稳态值是不同的，高负荷对应着较低水位，低负荷对应着较高水位。 比例度 1. 比例控制作用 比例度δ 的物理意义 当输出信号作全量程范围变化时，所需输入信号做全量程范围变化的百分数。 也就是说，调节器从全关到全开时，被控参数需要改变全量程范围的百分数为比例度，其表达式为 1. 比例控制作用 2. 积分控制作用 积分作用： 积分控制能消除静差，但作用不及时（滞后），波动大（振荡），甚至出现超调现象。 2. 积分控制作用 2. 积分控制作用 2. 积分控制作用 2. 积分控制作用 积分超调的原因： （1）直接原因 积分调节器的积分作用不及时，控制过程缓慢，且波动会加大，从而导致系统不易稳定。 （2）根本原因 是因为积分控制过程中只考虑被控参数（H）变化的大小和方向，不考虑被控参数（H）变化速度的大小（变化快慢）和方向。 2. 积分控制作用 2. 积分控制作用 比例控制动作及时，但是有静差； 积分控制虽能消除静差，但又容易使控制过程产生振荡，且时间长，被控参数波动幅度也较大。 在实际应用中总是将它们结合起来，取其所长，组成一个以比例控制为主、积分控制为辅（主要用来消除静差）的调节器，这样，既能控制及时，又无静差。 3. 比例积分控制作用 PI 控制的动作规律是比例作用和积分作用两者的综合，即 3. 比例积分控制作用 3. 比例积分控制作用 如果up=uI，则 ∵ e(t)=const ∴ 3. 比例积分控制作用 3. 比例积分控制作用 （a）表示 TI 太小，积分作用太强，即消除静态偏差能力强，动态偏差也有所下降， 被控参数振荡加剧， 稳定性降低。 （b）表示 TI合适，经 2～3 个波后过渡过 程结束。 （c）表示 TI 太大，积分作用不明显，消除静态偏差能力弱，过渡过程时间长，动态偏差也增大，但振荡减缓，稳定性提高。 （d）表示 TI→∞，比例积分调节器不起积分作用，这时调节器只起比例调节作用，有静态偏差存在。 3. 比例积分控制作用 因积分作用加强也引起振荡，对于滞后大的对象更为明显。因此，调节器的积分时间 TI 应按被控对象的特性来选择，例如，对于管道压力、 流量等滞后不大的被控对象， TI 可选得小些；温度被控对象的滞后较大，TI可选得大些。 比例积分调节器兼有比例调节器和积分调节器的优点，因此，得到了广泛的应用。 4. 微分控制作用 4. 微分控制作用 微分控制的主要作用是克服被控参数的滞后。为减小滞后，可根据被控参数的变化趋势来进行控制。 有“超前”的作用，因此，能比较有效地改善滞后比较大的被控对象的控制质量。 4. 微分控制作用 微分控制是指调节器的输出与偏差变化速度成正比，简称 D，用数学式表示为 4. 微分控制作用 误差 一个阶跃信号 4. 微分控制作用 4. 微分控制作用 微分作用的方向总是阻止被控参数的变化，力图使偏差不变。适当加入微分作用，可减小被控参数的动态偏差，有抑制振荡、提高系统稳定性的效果。 但不适当地增加微分作用，会使被控参数产生高频振荡。如果微分作用太弱，就无改善系统控制质量的作用。 微分作用只在动态过程中有效，微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。在系统设计中，往往将微分作用与其他控制作用相结合。 4. 微分控制作用 4. 微分控制作用 PD 调节器的应用有时也将受到限制，这是因为微分作用只在被控参数发生变化时起作用，而且不允许被控参数的信号中含有干扰成分，因为微分动作对干扰很敏感、反应快，很容易造成调节阀的误动作。 因此，PD 调节器常用于延迟较大的温度调节中。 5. 比例积分微分控制作用 5. 比例积分微分