数字pid控制器的设计与实现.ppt

第四章数字PID控制器的设计与实现 4.1数字PID控制算法 4.1.1 模拟PID调节规律的离散化 模拟PID控制系统框图： 式中各物理量的含义 将微分方程进行离散化 若设采样周期为T，初始时刻为0，则控制律的离散形式为 这种直接形式的控制律的缺点是占用大量内存。 4.1.2 数字PID控制器算法的改进 1. 带有死区的PID控制 在控制精度要求不高的场合，能减少由于频繁动作引起的振荡和能量消耗。 控制算式和传递特性图分别为： 数字PID控制器算法的改进（续） 2. PID位置算法中积分饱和的抑制 在系统偏差较大时，控制PID 算法中积分项的作用，减少由于积分饱和引起的振荡和超调。 （1）积分分离的PID控制 数字PID控制器算法的改进（续） （2）遇限削弱积分法 在实际控制中，控制量的大小总是受到执行机构的限制，而被限定在一定的范围内。因此该方法以此来决定是否引入积分控制和控制的方向。 数字PID控制器算法的改进（续） 3. PID增量算法中比例和微分饱和的抑制 控制偏差过大时，比例和微分饱和会使控制量超出实际范围，超出部分将不被执行，影响系统的动态性能。 因此，实际操作中将超出部分存储累积，而当控制量在有效范围内时再将存储部分加入，达到补偿的效果。 4.1.3 带一阶延迟滤波器的数字PID控制器算法 为了抗高频干扰，数字控制系统中一般需要加入一阶延迟滤波器，也叫微分限制环节。 其传递函数和对应的差分方程为： 4.1.3 带一阶延迟滤波器的数字PID控制器算法（续） 加入了一阶延迟滤波器后的PID控制器传递函数为： 其中去掉滤波环节后的部分为典型的PID形式： 4.1.3 带一阶延迟滤波器的数字PID控制器算法（续） 将整个系统分解成几个部分 各部分的差分形式为： 微分部分： 积分部分： 比例部分： 4.2 数字PID控制器的程序实现 经过整理，化简后的控制律为： un=un-1+K(a0en+a1en-1+a2en-2) 4.2.1 程序编制 4.2.2 数据运算 数的处理 小数的处理 正负数运算（利用补码进行计算） 乘法运算 4.2.3 数字滤波器 干扰的种类： 慢随机干扰：电源频率、工业干扰、对象模型变化 快随机干扰：继电器接触不良、A/D转换偶然错误、 外来火花 几种数字滤波方法： 取平均值 取滑动平均值 一阶递推（低通滤波器） * 计算机控制系统的典型结构： 两种基本的设计方法： 离散化设计方法 模拟化设计方法 PID控制的优点： 简单性（直观）、 鲁棒性、 灵活性 PID控制的本质 是一个二阶线性控制器 PID控制器的微分方程和传递函数形式为: 两种实际的PID控制器形式: （1）位置式 （2）增量式 两种形式的比较 两种形式的示意图为： 两者的主要差别是：由谁来完成控制量的累加。 位置式中由控制器进行累加，直接计算控制量 增量式中由执行机构进行累加，优点是： 误动作时影响小； 手动/自动切换冲击小； 没有累计误差。 4. 修改微分项 为了消除给定变化的冲击，在计算微分项时忽略给定变化的影响，即认为给定值不变。 * * * * *