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PID控制和其仿真
1.3.5 积分分离PID控制算法及仿真 积分分离控制算法可表示为: 式中,T为采样时间,β项为积分项的开关系数 1.3.5 积分分离PID控制算法及仿真 根据积分分离式PID控制算法得到其程序框图如右图。 1.3.5 积分分离PID控制算法及仿真 设被控对象为一个延迟对象: 采样时间为20s,延迟时间为4个采样时间,即80s,被控对象离散化为: 1.3.5 积分分离PID控制算法及仿真 积分分离式PID阶跃跟 采用普通PID阶跃跟踪 1.3.5 积分分离PID控制算法及仿真 Simulink主程序 1.3.5 积分分离PID控制算法及仿真 阶跃响应结果 1.3.5 积分分离PID控制算法及仿真 需要说明的是,为保证引入积分作用后系统的稳定性不变,在输入积分作用时比例系数Kp可进行相应变化。此外,β值应根据具体对象及要求而定,若β过大,则达不到积分分离的目的;β过小,则会导致无法进入积分区。如果只进行PD控制,会使控制出现余差。(为什么是β?) 1.3.6抗积分饱和PID控制算法及仿真 积分饱和现象 所谓积分饱和现象是指若系统存在一个方向的偏差,PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大,从而导致u(k)达到极限位置。此后若控制器输出继续增大,u(k)也不会再增大,即系统输出超出正常运行范围而进入了饱和区。一旦出现反向偏差,u(k)逐渐从饱和区退出。 进入饱和区愈深则退饱和时间愈长。此段时间内,系统就像失去控制。这种现象称为积分饱和现象或积分失控现象。 1.3.6抗积分饱和PID控制算法及仿真 执行机构饱和特性 1.3.6抗积分饱和PID控制算法及仿真 抗积分饱和算法 在计算u(k)时,首先判断上一时刻的控制量u(k-1)是否己超出限制范围。若超出,则只累加负偏差;若未超出,则按普通PID算法进行调节。 这种算法可以避免控制量长时间停留在饱和区。 仿真实例 设被控制对象为: 采样时间为1ms,取指令信号Rin(k)=30,M=1,采用抗积分饱和算法进行离散系统阶跃响应。 1.3.6抗积分饱和PID控制算法及仿真 1.3.6抗积分饱和PID控制算法及仿真 抗积分饱和阶跃响应仿真 普通PID阶跃响应仿真 1.3.7 梯形积分PID控制算法 在PID控制律中积分项的作用是消除余差,为了减小余差,应提高积分项的运算精度,为此,可将矩形积分改为梯形积分。 梯形积分的计算公式为: 1.3.8 变速积分算法及仿真 变速积分的基本思想是,设法改变积分项的累加速度,使其与偏差大小相对应:偏差越大,积分越慢;反之则越快,有利于提高系统品质。 设置系数f(e(k)),它是e(k)的函数。当∣e(k)∣增大时,f减小,反之增大。变速积分的PID积分项表达式为: 1.3.8 变速积分算法及仿真 系数f与偏差当前值∣e(k)∣的关系可以是线性的或是非线性的,例如,可设为 1.3.8 变速积分算法及仿真 变速积分PID算法为: 这种算法对A、B两参数的要求不精确,参数整定较容易。 * * 先进PID控制及其MATLAB仿真 控制工程与控制理论课程设计讲座 主讲人 付冬梅 自动化系 第1章 数字PID控制 1.1 PID控制原理 1.2 连续系统的模拟PID仿真 1.3 数字PID控制 1.1 PID控制原理 模拟PID控制系统原理框图 1.1 PID控制原理 PID是一种线性控制器,它根据给定值rin(t)与实际输出值yout(t)构成控制方案: PID的控制规律为: 1.1 PID控制原理 PID控制器各校正环节的作用如下: 比例环节:成比例地反映控制系统的偏差信号e(t),偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用,以减小偏差。 积分环节:主要用于消除静差,提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数T,T越大,积分作用越弱,反之则越强。 微分环节:反映偏差信号的变化趋势,并能在偏差信号变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减少调节时间。 1.2 连续系统的基本PID仿真 1.2.1 基本的PID控制 1.2.2 线性时变系统的PID控制 以二阶线性传递函数为被控对象,进行模拟PID控制。在信号发生器中选择正弦信号,仿真时取Kp=60,Ki=1,Kd=3,输入指令为 其中,A=1.0,f=0.20Hz 被控对象模型选定为: 1.2 连续系统的基本PID仿真 连续系统PID的Simulink仿真程序 1.2 连续系统的基本PID仿真 连续系统的模拟PID控制正弦响应 1.2 连续系统的基本PID仿真 1.3 数字PID控制
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