微控第7章20121031.ppt

* * PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容，PID控制器参数整定的方法很多，前面讲的三种方法属于工程整定方法，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定，主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用，三种方法各有其特点但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。此外，还有一种是是理论计算整定法。它主要是 依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。 由于实际生产过程诺综复杂，参数干变万化，确定被控对象的动态特性并非易事，行时即使找出来．不仅计算麻烦、上作量大，而其结果与实际相距甚远。因此目前对PID参数的调节应用最多的是靠经验。 * * * * * * * 在连续-时间控制系统中，PID控制器应用得非常广泛。其设计技术成熟，长期以来形成了典型的结构，参数整定方便，结构更改灵活，能满足一般的控制要求。 本章将详细地讨论数字PID控制器的设计和调试问题。 * * * 由于计算中T固定，故在确定了Kp，Ki，Kd时，据三次偏差ei，ei-1，ei-2,即可算出控制增量。又由于其输出对应每次阀门的增量。 * 由此可得式(5)比式(4)简单，d0，d1，d2可独立选择，但从形式上看不出比例，积分，微分作用的关系。从式(5)表象看： * 图示给出了位置式与增量式比较框图，与位置相比，增量式需附加积分环节。即把原来计算机全部承担的算式分出去一部分由其他部件去完成，如步进电机，作为输出控制部件时，既可作为一个积分元件，也可以兼作输出保持器。 * (1)控制器输出的是控制量的增量，该动作小。 (2)实际控制中可实现手动自动的无扰切换、因为在位置式算法中，由手动到自动切换时，必须首先使计算机输出的控制等于执行器的原始开度才能切换，这将给程序设计及实现带来困难：而增量算式中，运算仅与本次偏差有关，输山的仅是增量，易于实现无扰切换。 (3)增量式积分项运算与本次偏差有关，不易产生积分饱和，可取得较好的调节效果。 但增量式中积分项运算截断误差较大，当偏差较小时，由运算带来的积分项值可能会丢失，从而使系统的静态误差加大：因此，两种算式各有利弊，应根据被控对象的实际情况进行进择。一般认为在对控制精度要求较高的系统，或采用伺服电机、晶间管作为执行器的系统中，宜采用位置式算法；而在控制精度要求不高或采用步进电机、多阁电位器作为执行器的场合，多采用增量式算法。 * 首先我们来分析一下积分饱和产生的原因。 在工业系统中，如开工、停工或给定值突变等，都会引起偏差的突增：从而位置式PID的输出Pn会急剧地增大或减小，以至于远远超过阀门全开(或全关)时允许的最大(或最小)值，此时加在被控对象上的控制量只能是阀门的最大(或最小)值；而不是实际计算的控制量。此时系统的输出Mn虽然也不断地变换，但由于控制量的限制，Mn增加(或减小)的速度变慢、偏差e将在较长时间内不改变方向，从而使位置式运算中，积分项有较大的积累量，当输出超过给定值R(t)后，偏差方向虽然改变，但由于积分项的累计值很大，还须经过相当一段时间，控制量Pn才能脱离饱和区，但此时系统的输出已经明显地出现较大超调。继之，反方向的偏差又很大，又在反方向上重复上述现象，从而使系统产生振荡，而执行器则总是处在某种极限状态。这种现象主要是由于积分项累计值的积累所导致的，被称为积分饱和现象。 图中r(t)为给定值。m(t)为系统输出，P(t)为计算机输出的控制量 曲线a为在计算输出的控制量时调节效果，曲线b为实际允许调节效果(即出现积分饱和现象)。 为了消除积分饱和，研究了许多办法，常用的有： 1.遇限削弱积分法；2.积分分离法 * * * * * * * * * 左图是完全微分的相应特性，右图是不完全微分的相应特性。 * 变速积分PID与普通PID相比，具有如下一些优点。 ①实现了用比例作用消除大偏差，用积分作用消除小偏差的理想调节特性，从而完全消除了积分饱和现象； ②大大减小了超调，且可以很容易地使系统稳定，改善了调节品质； ③适应能力强，—此用常规PID控制不理想的过程可以来用此种算法； ④参数整定容易，各参数间的相互影响小。 微分先行的PID算法 在微机机控制系系统中，设定值常常由控制仪表上的键盘用数字方式直接给定，当设定值迅速变化时，在PID算式中会引起控制变量过大的增长，对系统造成冲击，影