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3、比例微分调节器控制律:很大4、比例积分微分调节器比例积分+比例微分微分作用不适用于扰动大而频繁的系统!控制律:合理整定调节器的三个参数,才能发挥各种调节动作应有的作用影响:a、比例作用:时间轴8minb、微分作用:时间轴8minc、积分作用:时间轴8min时间轴12min时间轴18min二、调节器控制规律的选择选择依据:被控过程的特性(容量大小、延迟时间、负荷变化、主要扰动等);对系统控制质量的要求。基本原则:(参见P169)对象特点性能要求调节器类型广义对象控制通道时间常数较小,负荷变化不大。工艺要求不高比例(P)同上不允许有余差比例积分调(PI)广义对象控制通道时间常数较大或容量滞后较大。允许有余差比例微分(PD)不允许有余差比例积分微分(PID)广义对象控制通道时间常数较大或容量滞后较大,负荷变化也很大。复杂控制方式选择控制规律的经验法(参见P169)假设被控过程的数学模型可近似描述为:选择比例或比例积分控制;选择比例积分或比例积分微分控制;单回路控制已经不能满足控制要求,应采用串级、前馈等复杂控制方式。返回用软件来实现PID控制算法非常简单;进行逻辑运算或算法改进非常灵活;运行可靠,运算精度高。§4.4数字PID控制算法模拟PID调节器:用硬件实现PID调节规律数字PID调节器:用数字计算机实现PID调节规律数字调节器的优点:60年代日本恒河公司一、数字PID调节器PID调节器的传递函数为:其微分方程为:1、位置式PID控制算法对上式进行离散化处理,得:比例系数积分时间常数微分时间常数采样时间积分系数微分系数2、增量式PID控制算法与位置式PID算法相比,增量式算法有如下优点:⑴减小超调,提高稳定性;(后面进一步介绍)⑵增量只与最近几次采样值有关,容易获得较好的控制效果。目前许多控制系统采用步进电机去控制执行机构:数字机步进电机说明:虽然采用增量式控制算法,但仍用控制全量去控制。二、PID算法的改进1、积分算法的改进(1)积分分离PID算法(PD-PID选择算法)基本思路:当被控量与设定值偏差较大时,取消积分作用,以消除积分作用导致的稳定性降低,超调量加大;当被控量接近给定值时,投入积分作用,以消除静差,提高控制精度。算式为:位置式:增量式:其中:积分饱和现象:当系统存在一个方向的偏差,PID调节器的输出由于积分作用的不断积累而加大,从而导致执行机构达到极限位置(如阀门开度达到最大),若调节器输出继续增大,阀门开度不可能再增大。此时计算机输出控制量超出了正常运行范围进入了饱和区。(2)过限削弱积分法当系统出现反向偏差,逐渐从饱和区退出,进入饱和愈深,则退出饱和区所需时间愈长。在这段时间内,执行机构仍停留在极限位置而不能随偏差反向立即作出相应的改变,这时系统好象失去控制一样,造成控制性能恶化。这种现象称为积分饱和现象,或称积分失控现象。(下页图所示)仿真结果如下:过限削弱积分法:采用增量式PID算法时的算法流程如下:①④②③反向积分饱和几种控制算法效果比较:位置式PID算法增量式PID算法中采用过限削弱积分法PD—PID选择算法在离散PID算法中,将矩形积分改为梯形积分,以提高积分项的运算精度,减小余差。(3)积分项采用梯形积分离散化适用于采样周期较长的系统(4)变速积分的PID算法可设:与积分分离算法类似,这里的调节系数仅作用于当前误差项上。2、微分算法的改进(1)不完全微分PID算法目的:克服微分作用所引起的高频干扰以图(a)为例进行说明(只考虑微分作用)经离散化整理得:不完全微分PID算法的微分作用能够均匀输出,避免了系统的振荡。在单位阶跃输入下,标准PID算法和不完全微分PID算法的控制输出如下图(a)、(b)所示。(b)不完全微分PID算法(a)标准PID算法(2)输入滤波输入滤波:指在计算微分项时,不是直接利用当前时刻的偏差,而是利用滤波值。数字滤波的方法很多,例如算术平均滤波:3、非线性PID控制算法(略)N取值注意:PH过程、球罐液位控制返回作业:
对一台比例积分
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