[信息与通信]数字PID控制算法.pdf

第五章 数字PID控制算法 之二 杨根科 杨根科 上海交通大学自动化系 上海交通大学自动化系 2005年9月 2005年9月 内容提要 • 概述 • 准连续PID控制算法 • 对标准PID算法的改进 • PID调节器的参数选择 • 小结 对标准PID算法的改进 • 积分饱和作用及其抑制 ◆ 积分饱和：如果执行机构已到极限位 置，仍然不能消除偏差，由于积分的作 用，尽管计算PID差分方程式所得的运算 结果继续增大或减小，但执行结构已无相 应的动作，控制信号则进入深度饱和区。 ◆ 影响：饱和引起输出超调，甚至产生震 荡，使系统不稳定。 ◆ 改进方法：遇限削弱积分法、积分分离 法、有限偏差法 对标准PID算法的改进（2 ） ◆ 遇限削弱积分法 — 基本思想：一旦控制量进入饱和区，则停止进行增大积分的运算。 对标准PID算法的改进（3 ） ◆ 积分分离法 — 思路：当被控量和给定值偏差大时，取消积分控制，以免超调 量过大；当被控量和给定值接近时，积分控制投入，消除静差。 Y(t) ２ １ 一般PID P 开始引入积分作用 积分分离PID t 0 对标准PID算法的改进（4 ） ◆ 有效偏差法 — 思路：当算出的控制量超 出限制范围时，将相应的这一 控制量的偏差值作为有效偏差 值进行积分，而不是将实际偏 差值进行积分。 对标准PID算法的改进（5 ） • 比例及微分饱和作用： ◆ 对于增量式PID算法，由 于执行机构本身是存储元 件，在算法中没有积分累 积，所以不容易产生积分饱 和现象，但可能出现比例和 微分饱和现象，其表现形式 不是超调，而是减慢动态过 程 对标准PID算法的改进（6 ） ◆ 纠正比例和微分饱和的办 法之一是采用积累补偿 法，其基本思想是将那些 因饱和而未能执行的增量 信息积累起来，一旦可能 时，再补充执行 对标准PID算法的改进（7 ） ◆ 纠正比例和微分饱和的另一种办法是采用不完全微分， 即将过大的控制输出分几次执行，以避免出现饱和现象 对标准PID算法的改进（8 ） • 干扰的抑制 ◆ 从系统硬件及环境方面采取措施 ◆ 在控制算法上采取措施 ★ 数字滤波方法 ★ 修改微分项 对标准PID算法的改进（9 ） ◆ 数字滤波方法 ★ 通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的 比重，也即是一种程序滤波或软件滤波 ★ 优点 — 用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性 高，稳定性好 — 可以对频率很低(如0.01Hz)的信号实现滤波 — 可根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波 参数，具有灵活、方便、功能强的特点 对标准PID算法的改进（10） ★ 程序判断滤波 — 方法：根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间 可能出现的最大偏差。若超过此偏差，则表明该信号是 干扰信号，应该去掉；如小于此偏差，则将该信号作为 本次的采样值 — 作用：用于滤掉由于大功率设备的启停所造成的电流 尖峰干扰或误检测，以及变送器不稳定而引起的严重失 真等 — 程序判断滤波分为限幅滤波和限速滤波两种 对标准PID算法的改进（11）