PID控制经典PPT概要1.ppt

增量式PID控制系统示意图 位置式PID控制系统示意图 * 4.5.1 基本的数字PID控制算法 增量式PID控制算法的优点 不累加误差，增量的确定仅与最近几次偏差采样值有关，计算精度对控制量的计算影响较小； 得出的是控制量的增量，误动作影响小； 增量型算法不对偏差做累加，因而也不易引起积分饱和； 易实现手动到自动的无冲击切换。 * 4.5.1 基本的数字PID控制算法 采样周期应远小于过程的扰动信号的周期。 在执行器的响应速度比较慢时，过小的采样周期将失去意义，因此可适当选大一点。 在计算机运算速度允许的条件下，采样周期短，则控制品质好。 当过程的纯滞后时间较长时，一般选取采样周期为纯滞后时间的1/4～1/8。 * 4.5.1 基本的数字PID控制算法 采样周期的选择 4.5 数字PID控制 4.5.1 基本的数字PID控制算法 4.5.2 改进的数字PID控制算法 * 当系统波动范围大、变化迅速和存在较大的扰动时，基本的数字PID控制效果往往不能满足控制的要求。 因此，对数字PID控制算法进行改进一直是控制界研究的课题，下面介绍几种常用的改进形式。 * 4.5.2 改进的数字PID控制算法 1．积分项改进的数字PID控制算法 PID控制控制中，积分的作用是消除余差，提高控制精度。但在过程的启动、结束或大幅度增减设定值时，短时间内系统输出有很大的偏差，从而造成PID运算的积分积累，使系统产生大的超调或长时间振荡，这在生产中是绝对不允许的。为了提高控制性能有必要对PID控制中的积分项进行改进。 积分项的改进 积分分离PID算法 抗积分饱和PID算法（遇限削弱积分PID算法） * 4.5.2 改进的数字PID控制算法 （1）积分分离PID算法 控制偏差较大时，取消积分作用，以减小超调；控制偏差较小时，再恢复积分作用，以消除余差 式中 * 4.5.2 改进的数字PID控制算法 * 图4.24 有无积分分离的PID控制效果的比较 a—普通PID b—积分分离PID 4.5.2 改进的数字PID控制算法 * (2)抗积分饱和PID算法（遇限削弱积分PID算法） 若上一时刻控制输出已经达到最大（小），则此次只累加负（正）偏差 ，以避免控制量长时间停留在饱和区。 4.5.2 改进的数字PID控制算法 在数字PID控制中，若被控系统长时间出现偏差或偏差较大，PID算法计算出的控制变量可能会溢出，也即数字控制器运算得出的控制变量u(k)超出数模转换器所能表示的数值范围[umin，umax]。 而数模转换器的数值范围与执行机构是匹配的，如u(k)= umax对应调节阀全开，u(k)= umin对应阀门全关。所以，一旦溢出，执行机构将处于极限位置而不再跟随响应数字控制器的输出，即出现了积分饱和。 * 4.5.2 改进的数字PID控制算法 在计算控制变量u(k)时，先判断上一时刻的控制变量u(k-1)是否已超过限制范围， 若u(k-1) umax 。则只累加负偏差， 若u(k-1) umin ，则只累加正偏差， 这样就可以避免控制变量长时间停留在饱和区。 * 4.5.2 改进的数字PID控制算法 2．微分项改进的数字PID控制算法 在PID控制中，微分项根据偏差变化的趋势及时施加作用，从而有效地抑制偏差增长，减小系统输出的超凋，克服减弱振荡，加快动态过程。 但是微分作用对高频干扰非常灵敏，容易引起控制过程振荡，降低调节品质。为此有必要对PID算法中的微分项进行改进。 微分项改进算法 -不完全微分算法 -微分先行算法。 * 4.5.2 改进的数字PID控制算法 (1) 不完全微分算法 微分控制的特点之一是在偏差发生陡然变化的瞬间给出很大的输出，但实际的控制系统，尤其是采样控制系统中，数字控制器对每个控制回路输出时间是短暂的，而驱动执行器动作又需要一定时间，如果输出较大，在短暂时间内执行器达不到应有的开度，会使输出失真。 为了克服这一缺点，同时又要使微分作用有效，可以在PID控制输出端串联一个惯性环节，这就形成了不完全微分PID 控制器。 * 4.5.2 改进的数字PID控制算法 不完全微分算法是在普通PID算法中加入一个一阶惯性环节（低通滤波器）G(s)=1/(1+T f(s))，以获得比较柔和的微分控制。如图4-19所示。 * 4.5.2 改进的数字PID控制算法 图4-19 不完全微分PID控制结构图 （2）微分先行 只对测量值y(t)微分，而不对偏差e(t)微分，也即对给定值r(t)无微分作用。 这样在调整设定值时，控制器的输出就不会产生剧烈的跳变，也就避免了给定值升降给系统造成的冲击。 * 4.5.2 改进的数字PI