PID的控制原理和形式.ppt

* * ⑴积分调节器的调节规律 ①输出信号与输人信号成积分关系的调节器称为积分调节器，简称I调节器。其调节规律为： 式中， ——积分调节器的输出信号； ——积分调节器的输入信号； ——积分调节器的积分时间常数。 * * ⑴积分调节器的调节规律 ②积分调节的特点 ： 积分调节的特点之一是无差调节。积分调节的另一个特点是在调节的过渡过程中没有比例调节稳定，也就是说单独采用积分调节器进行系统的调节时，不可能得到稳定的过渡过程。对于同一被控对象采用积分调节时，其调节过程的进程比采用比例调节时为慢，表现在振荡频率较低。 * * ⑴积分调节器的调节规律 ③积分速度对调节过程的影响 ： 采用积分调节时，控制系统的开环增益与积分速度成正比。因此，增大积分速度将会降低控制系统的稳定程度，直到最后出现发散振荡过程。因为积分速度愈大，则调节执行的动作愈快，就越容易引起和加剧振荡，同时振荡的频率也越来越高，而最大动态偏差则越来越小，直到最后消除残差。 * * ⑵比例积分调节的调节规律 比例积分调节(PI)综合了比例调节(P)和积分调节(I)两者的优点，利用了比例调节来快速抵消干扰的影响，同时又利用积分调节来消除了调节最终的残差。因此有： * * ⑵比例积分调节的调节规律 * * ⑶比例积分调节器的特点 在比例积分调节系统中，在比例部分输出信号的作用下，使调节执行机构的动作在调节过程的初始阶段起较大的作用，但在调节过程结束后可使调节执行机构回复到扰动发生前的位置；由于积分动作带来消除系统残差的同时却降低了原有系统的稳定性，为了保持控制系统原来的衰减率，则在调整比例积分调节器的比例带时必须适当加大。 * * （四）比例微分调节(PD调节) ⑴微分调节器的调节规律 ⑵比例微分调节器的调节规律 ⑶比例微分调节器的特点 * * ⑴微分调节器的调节规律 ①输出信号与输人信号成微分关系的调节器称为微分调节器，简称D调节器。其调节规律为： 式中， ——微分调节器的输出信号； ——微分调节器的输入信号； ——微分调节器的微分时间常数； ——被调参数的变化速度 。 * * ⑴微分调节器的调节规律 ②微分调节的特点 ： 被调参数的变化速度能反映当时（或稍前一段时间）的被控对象的输入量与输出量之间的不平衡状态，因此，微分调节是按误差的速度调节，而非等到出现较大偏差才开始动作，则调节效果更好。微分调节具有某种程度的预见性，属于“超前校正”。但单独使用微分调节器是不能实际工作的，只能起辅助调节作用。 —交流— —交流— * * PID控制原理和形式 * * 3.1概述 概念：系统偏差的比例(Proportional)、积分(Integral)和微分(Derivative)的综合控制，简称PID控制 特点：算法简单、鲁棒性强和可靠性高 发展：气动-电动-电子-数字 * * 3.2 PID控制原理 在连续和离散系统中，其关系式分别为： 比例 积分 微分 被控对象 r(t) e(t) u(t) y(t) * * 3.3PID控制算法 1．位置式控制算法： 首先要对连续系统进行离散化 t≈kT PID位置式算法 被控对象 r(k) e(k) y(k) u(k) y(k) 执行器 * * 1．位置式控制算法： 控制器的输出为： 可简写为： 缺点：这种算法每次输出均与过去的状态有关，计算时要对e(k)进行累加，容易造成积分饱和，计算机运算工作量很大。 * * 2．增量式控制算法： 由上面的位置式控制算法可推导出： PID增量式算法 ∫ 执行机构 被控对象 r(k) e(k) y(k) Δu(k) u(t) y(t) * * 2．增量式控制算法 优点： A)由于计算机输出是增量，所以误动作小 B)手自动切换时冲击小，可实现无扰动切换 C)算法不需要累加，控制增量只与第k次的采样值有关 不足：积分截断效应大，有静态误差，溢出影响大等 * * 2）遇限消弱积分PID控制算法 积分分离该PID控制算法中开始时不积分，而遇限消弱积分PID控制算法与之相反。控制算法的基本思路是：开始积分，而进入限制范围后停止积分。当控制进入饱和区以后，便不再进行积分项的累加，而只执行消弱积分的运算计算。在计算u(k)时，先判断u(k-1)是否超出限制值，若超出，则只累加负偏差；若未超出，则累加正偏差。该算法可避免长时间停留在饱和区。 * * 3）不完全微分PID控制算法 在常规PID控制器