数字PID控制的实现技术.pptVIP

在DDC控制的数字仪表中，为提高运算速度，内部程序一般采用汇编语言编写，而若字长选取不当，会严重影响控制精度，以PID控制算法为例：即只有当偏差幅度超过满刻度的2/3以上时，积分分量才会发挥作用，这事实上形同虚设。若调节器的比例度P=500%，积分时间常数Ti=1800秒，采样周期T=0.2秒，则只有偏差：必要性：2－4：积分字长的确定选取原则：根据如下积分式：在所有有关参数取允许的极限值条件下，计算积分项可能达到最小值，据此最小值选取合适的字长，使得该最小值不会因为字长有限而被舍弃掉，从而导致积分作用形同虚设。其中，:采样周期；：比例增益；：积分时间常数。0102PID控制器积分字长的确定工程背景分析（P.82）：延长，严重时还会发生事故。工作在扰动幅度大或频繁启动的断续生产过程中的调节器，如果调节规律中包含积分作用，由于被调量长时间偏离给定位，偏差信号长时间处于较大的数值，经常使积分器进入深度饱和状态。一且进入这种状态，偏差信号反向时，由于积分器退出饱和需要时间，调节器输出在很长的时间中仍将保持饱和值。这会使系统调节质量下降，超调量变大，过度过程时间积分器进入深度饱和的原因有下面两方面：一是大幅度偏差信号的长时间存在，二是积分器输出达到饱和值后积分项数据的继续累加。解决其中的一个，便可避免深度饱和现象的发生。2－5：PID抗积分饱和算法PID抗积分饱和算法积分饱和对系统性能的影响：1过程非线性（D/A转换器输出有限；执行器动作范围有限）。积分饱和产生的根源:其中，，若；，若；，若.时域算法:2PID抗积分饱和算法其中，针对无扰切换及抗积分饱和，参数分别取为1及，为跟踪时间常数．02在传统的控制器设计当中，一般采用如图所示的典型结构．图中，K、G、R分别为控制器、对象及无扰切换/抗积分饱和算法，N为实际过程中的非线性环节或其模型．在数字(位置式)PID控制算法中，一般取:01控制器的AW/BT通用算法抗积分饱和算法方框图数字PID控制器的抗积分饱和算法在一个周期内,首先进行输出更新:1可计算出.其次,进行状态更新,3其中,积分项已由上一周期计算好.由2为下一周期做准备:4算法实现PID抗积分饱和算法实现前向差分的采用则由于上式右边及都是未知的,因而无法计算出.注：容易看出,这里积分项采用了前项差分,这是必须的.因为,如采用后向差分,如下所示:3.如液位控制系统。1.控制器输出是阶梯状的，而被控过程一般具有低通特性，过程输出不应出现阶梯跳动！提示：在平衡工况下，r(t)=y(t)=u(t)=0.提示：在平衡工况下，r(t)=y(t)=u(t)=0.提示：在平衡工况下，r(t)=y(t)=u(t)=0.对照前面的方框图来解释上面的算式。解释概念§2PID算法的实现技术PID算法的实现技术目的：掌握数字PID控制算法在工程应用中的实现技术，包括采样周期、字长的选取，无扰切换与抗积分饱和算法，控制器的正反作用方式等等。数字PID控制的位置式与增量式算法；数字PID控制器采样周期的选取；数字PID控制器的正、反作用方式；数字PID控制器积分字长的确定；过程输入约束及PID抗积分饱和算法；控制器的手动、自动无扰切换。基本PID的位置型离散表达式采样周期，k-采样序号kT-n2－1：位置式与增量式算法单击此处添加大标题内容（n-1）时刻01-(2)0203二、增量式数字PID控制算法增量式数字PID控制算法增量式算法的控制器结构举例：位置式与增量式算法的对比增量式PID控制算法如取为实际阀位反馈信号,或反映执行器特性的内部执行器模型输出,则不会发生积分饱和现象;并且由MAN模式切换到AUTO模式时,易于实现无扰.增量式PID算法必须采用积分项。因为比例、微分项除了在设定值改变后的一个周期内与设定值有关外，其它时间均与设定值无关；尤其是微分先行、比例先行算法更是如此。这样，被控过程会漂离设定点香农“采样定理”基于如下两点假设：原始信号是周期的；根据在无限时域上的采样信号来恢复原始信号。1例如：22－2：采样周期的选择在实时采样控制系统中，则要求在每个采样时刻，以有限个采样数据近似恢复原始信号，所以不能照搬采样定理