—控制器与控制算法.PPT

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—控制器与控制算法

饱和效应 积分饱和的例子 当电机转速的设定值突然改变,或电机的转速发生突变时,会引起偏差的阶跃,使|E(k)|增大,PID的输出P(k)将急剧增加或减小,以至于超过控制量的上下限Pmax,此时的实际控制量只能限制在Pmax,电机的转速M(k)虽然不断上升,但由于控制量受到限制,其增长的速度减慢,偏差E(k)将比正常情况下持续更长的时间保持在较大的偏差值,(超调增大,调节时间变长)从而使得PID算式中的积分项不断地得到累积。当电机转速超过设定值后,开始出现负的偏差,但由于积分项已有相当大的累积值,还要经过相当一段时间后控制量才能脱离饱和区,这就是正向积分饱和,反向积分饱和与此类似。 积分时间系数Ti对系统性能的影响:积分作用使系统的稳定性下降,Ti太小会使系统不稳定,偏小会使振荡次数较多;太大对系统性能的影响减少。但能消除稳态误差,提高系统的控制精度。 微分时间系数Td对系统性能的影响:微分作用可以改善动态特性,Td偏大时,超调量较大,调节时间较短。Td偏小时,超调量也较大,调节时间也较长。只有Td合适,才能使超调量偏小,减短调节时间。 4.带有死区的PID 问题的提出 某些系统参数的控制精度要求不太高,允许有一定的控制误差,但不希望系统频繁动作。 解决方法 在控制器中人为设置不灵敏区e0 ,当 时,控制器输出保持不变;当 时,进行正常的PID运算后输出。带死区的PID控制系统结构如图2.2-9所示,死区的非线性表达式可写为 式中,死区e0是根据实际控制需求可调的参数 选择eo注意事项 eo不能过小,否则控制动作频繁,达不到稳定被控对象的目的;当eo=0时,退化为基本PID控制;eo过大,则系统产生较大滞后 本系统可以看成是非线性控制系统,但此时非线性是存在于控制器,而非控制对象 5.时间最优PID 利用Bang-Bang控制响应速度快和PID控制定位精度高的特点,将Bang-Bang控制和PID控制相结合,可以构成时间最优的PID控制,其表达式为 总结 PID 比例控制 PI PD 积分分离PID 不完全微分PID 微分先行PID 带死区的PID 时间最优PID 比例系数KP对系统性能的影响: KP加大使系统的动作灵敏,速度加快,稳态误差减小;KP偏大,振荡次数加多,调节时间加长。KP太大时,系统会趋于不稳定。KP太小,又会使系统的动作缓慢。KP可以选负数,这主要是由执行机构、传感器以及控制对象的特性决定的。如果KP的符号选择不当,对象状态就会离控制目标的状态(SP值)越来越远,如果出现这样的情况KP的符号就一定要取反; KP一般根据系统静态速度误差要求来确定,即 1. 对一阶惯性对象,负荷变化不大,工艺要求不高可采用比例(P)控制。如,压力、液位等。 2. 对一阶惯性对象与纯滞后环节串联的对象,负荷变化不大,要求控制精度较高,可采用PI控制。如,压力、流量、液位等。 3. 对于纯滞后时间τ较大,负荷变化也较大,控制性能要求高的场合采用PID。过热蒸汽温度控制,PH值控制。 4. 对象为高阶(二阶以上)惯性环节又有纯滞后特性,负荷变化较大,控制性能要求也高时,应采用串级控制,前馈——反馈,前馈——串级或纯滞后补偿控制。原料气出口温度的串级控制。 控制规律的选择 4.1.2 模糊控制系统的结构、特点 模糊控制系统的结构图: 模糊控制器的组成:模糊化接口、规则库(知识库)、模糊推理机和逆模糊化接口。 不依赖于系统的精确模型,特别适合复杂系统或模糊性对象等,不能获得或不存在精确模型的系统对象 模糊控制中的知识表示、模糊规则、合成推理是基于专家或熟练操作者的成熟经验,并能够通过学习不断更新,因此,具有智能型和自学习性 模糊控制的核心-模糊控制器,具有数字控制的精确性与软件编程的灵活性等计算机控制系统的特点 模糊控制系统的人机界面具有一定的友好性。对于具有一定操作经验但不熟悉控制理论的具体工作人员来说,比较容易掌握和学会,并且易于使用“语言”进行人机对话,更好的为操作者提供控制信息 鲁棒性强,可用于解决常规控制难以解决的非线性、时变及大纯滞后等问题。 模糊控制系统的优点 基于专家经验和控制工程知识建立模糊控制规则 ●A ● B C● D ● ● E ● F ● G 一般模糊语言变量的值取法 正大(PL):取+6附近 负零(NZ):取比零稍小一点 正中(PM):取+4附近 负小(NS):取-2附近 正小(PS):取+2附近 负中(NM):取-4附近 正零(PZ):取比零稍大一点 负大(NL):取-6附近 隶属度一般定义为三角形 NZ PZ NL NM NS PS PM PL EC U E NB N

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