第五章 计算机数字PID控制技术20071024精品.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 比较上述的程序流程图可知： 变速积分与积分分离控制方法很类似，但两者调节方式不同，设计思想也相异。 积分分离法是对积分项采用“开关”控制方式 变速积分法是根据误差大小，可随机改变积分作用，近似于线性控制方式，具有抑制超调、防止积分饱和、适应性强、线性度好和参数整定容易等优点，从而大大提高了系统的调节品质，是一种新型的PID调节方法。 5.5不完全微分PID控制算法 在数字控制器中，标准的PID算法的微分项 的作用是当输入系统的信号突变时（如阶跃信号等），它能快速地提供较大的调节作用，将偏差尽快消除。 但是，输入信号变化率越大，微分响应输出亦越大。这样，容易引起控制过程出现超调和发生振荡现象，使系统调节品质下降。 在实际应用当中，可以采用类似于模拟调节器的“不完全微分”PID控制算法，才能即保持微分快速相应作用的优点，又能克服它的缺点。 不完全微分PID模拟调节器的传递函数为 (5-26) ——PID输出量算子； ——偏差信号算子； ——实际比例放大系数； ——实际积分时间常数； ——实际微分时间常数； ——实际微分增益。 将式（5-26）分成比例积分 和微分 两项分别处理，即 其中，比例积分项 为 微分项 为 先将它化成微分方程式，有 再用微分代替算子，得 设采样周期 ，用增量代替为分项后，对第k次采样有 化简上式，并令 得 (5-28) 这样，合并式（5-27）和式（5-28），便可得不完全微分PID算式为 将式（5-29）和标准PID算式（5-9）相比知：不完全微分PID算式多了一项第k－1次采样的微分输出量 。 (5-29) 在单位阶跃信号作用下，完全微分PID算法与不完全微分PID算法的输出特性相差很大，如教材（李锡雄等，微型计算机控制技术，科学出版社）P241图7-5所示。 其根本原因是：完全微分式的微分调节作用，只对阶跃信号的第一个采样周期产生作用，输出很大，并急剧下降到零，不能按偏差的变化趋势在整个过程起调节作用，容易产生超调、产生振荡； 而不完全微分式，由于存在 项的微分作用，能在各个采样周期里按照偏差的趋势，均匀地输出，真正起到微分的作用，从而克服了上述缺点，改善了系统性能。 在标准的PID数字控制算法中，加入一个一阶惯性环节，也可以组成不完全微分的数字控制器。 具体可通过一实例进行分析： 5.6 PID参数的整定 5.6.1 PID参数与系统控制性能 5.6.2 采样周期的确定 5.6.1 PID参数与系统控制性能 PID调节器的参数整定是一项十分重要而又细致的工作，它直接影响到控制系统的调节品质和性能。 对模拟PID调节器而言，参数整定就是根据加工工艺对控制性能的要求，对系统的比例系数 、积分时间 、和微分时间 的选择和确定。而对数字PID调节器来说，除了选定 、 和 之外，还需要选定采样周期T。 理论分析和实践都表明，PID调节器的 、 和 参数与系统的动态和稳态特性密切相关、且都起着重要的作用。 1.比例系数 动态时，比例系数 太小，系统动作慢。增加 ，可提高系统动作的灵敏度，加快调节速度，但是，若 取值偏大，容易引起系统振荡，反而使调节时间加长，且当 太大时，系统将趋于不稳定状态。 稳态时，在系统稳定的情况下，随着比例控制 的加大，可以减小稳态误差，但不能消除稳态误差。 2.积分时间 积分控制常数与比例控制和微分控制联合使用，组成PI控制或PID控制系统。积分时间 对系统性能的影响和作用是： 动态时，积分控制常使系统的稳定性下降， 值太小，系统不稳定。 值偏小，容易诱发系统振荡。 值太大，对系统的影响将削弱。只有选择适合的 值，才可使系统的过渡过程趋于理想状态。 稳态时，积分控制可以消除系统静态误差，提高系统的控制精度。但 值太大时，因积分控制作用的削弱，反而不能减小稳态误差。 3.微分时间 微分控制亦常与比例控制或积分控制联合使用，组成PD或PID控制系统。微分时间 对系统性能的主要作用是减小超调量、缩短调节时间、允许加强比例控制，从而减小稳态误差，提高控制精度和改善动态特性等。 但 值偏大或偏小时，反而会诱发超调量增加和加长调节时间。只有 取值合适时，才可以获得比较满意的过渡过程。 可见，不同的控制规律各有其特点，对于相同的控制对象选定不同的 、 和 值，将会产生不同的控制效果。 4.采样周