資源描述：
《第8章 數(shù)字PID算法的改進課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、8.2PID控制算法的改進由于計算機控制系統(tǒng)的靈活性，除了按數(shù)字PID位置型算式和數(shù)字PID增量型算式進行標(biāo)準(zhǔn)的PID控制計算外，可根據(jù)系統(tǒng)的實際要求，對PID控制算法進行改進，以達到改善控制質(zhì)量的目的。本節(jié)介紹幾種數(shù)字PID的改進算法。8.2.1帶死區(qū)的PID算式1、問題在某些計算機控制系統(tǒng)中，為了避免控制動作過于頻繁所引起的振蕩，可采用帶死區(qū)的PID控制系統(tǒng)。帶死區(qū)的PID控制系統(tǒng)：是人為地在計算機中設(shè)置一個不靈敏區(qū)域。8.2PID控制算法的改進（2）帶死區(qū)的PID控制結(jié)構(gòu)如圖8-6所示。當(dāng)時，當(dāng)≤時，死區(qū)是
2、一個可調(diào)的參數(shù)。其具體數(shù)值可根據(jù)實際控制對象由實驗確定。值太小，使調(diào)節(jié)動作過于頻繁，不能達到穩(wěn)定被調(diào)對象的目的。如果取得太大，則系統(tǒng)將產(chǎn)生很大的滯后。當(dāng)=0（或K=1）時，則為PID控制。執(zhí)行機構(gòu)PID＋－圖8-6帶死區(qū)的PID控制計算機算法框圖示于圖8-7。8.2PID控制算法的改進（3）結(jié)束采樣NY開始圖8-7帶死區(qū)的PID算法框圖8.2PID控制算法的改進（4）8.2.2積分分離的PID算式1、問題積分項副作用在一般的PID控制系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)在開工、停工或大幅度升降給定值時，短時間內(nèi)產(chǎn)生很大偏差，由于積分項
3、的作用，往往會產(chǎn)生嚴(yán)重的積分飽和現(xiàn)象，將會使系統(tǒng)的輸出產(chǎn)生一個很大的超調(diào)量和長時間的波動。這種現(xiàn)象對于變化比較緩慢的對象，如溫度、液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其影響更為嚴(yán)重，有可能引起系統(tǒng)的振蕩。2、解決方法積分分離變速積分思路：偏差較大時，取消或減弱積分作用；當(dāng)偏差較小時，才將積分作用投入或加強。8.2PID控制算法的改進（5）積分飽和在一般的PID控制系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)在啟動、結(jié)束或大幅度增減給定值時，短時間內(nèi)會產(chǎn)生很大的偏差
4、e(k)
5、，造成PID運算的積分積累，致使算得的控制量超過了執(zhí)行機構(gòu)可能最大動作范圍,如超過了閥門的
6、全開(或全閉)的控制量Pmax(或Pmin)，此時實際的控制量只能限制在Pmax(下頁圖b)，而不是計算值(圖a)。這就是控制執(zhí)行機構(gòu)的飽和。當(dāng)輸出量m(t)超過給定值r(t)時，叫做超調(diào)，此時偏差為負(fù)(e(k)<0)。由于積分項的作用，進入飽和區(qū)后,即便是負(fù)偏差,也不能使輸出控制量立即退出飽和區(qū)，如圖b所示，延時一段時間?才退出飽和區(qū)。注意區(qū)分：偏差e(t)、給定值r(t)、輸出量m(t)、控制量P(t)。8.2PID控制算法的改進（6）給定值超調(diào)超調(diào)測量值（輸出值）超調(diào)控制限定值這種飽和稱為“積分飽和”。飽和
7、引起輸出超調(diào)，甚至產(chǎn)生震蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。為了消除積分飽和的影響，人們研究了很多對PID算法的修正方法，如積分分離法、變速積分法等。積分分離算法要設(shè)置分離閥值：當(dāng)≤時，也即偏差值比較小時，采用PID控制，可保證系統(tǒng)控制精度。當(dāng)＞時，也即偏差值比較大時，采用PD控制，可使超調(diào)量大幅降低。積分分離PID算法可表示為：式中稱為邏輯系數(shù)8.2PID控制算法的改進（7）采用積分分離PID算法以后，控制效果如圖8-8所示8.2PID控制算法的改進（8）一般PID12積分分離PID開始引入積分作用圖8-8積分分離PID控制的效
8、果8.2PID控制算法的改進（9）8.2.3變速積分的PID算式變速積分PID的基本作法：偏差大時，使積分累加速度變慢，積分作用減弱；偏差小時，使積分累加速度加快，積分作用增強。為此，設(shè)置一系數(shù)f[e(k)]，它是e(k)的函數(shù)。當(dāng)
9、e(k)
10、增大時，f減??；當(dāng)
11、e(k)
12、減小時，f增大。8.2PID控制算法的改進（10）系數(shù)與偏差e(k)的關(guān)系為變速積分PID積分項表達式為值在區(qū)間內(nèi)變化。變速積分PID控制算法8.2PID控制算法的改進（11）0BA+B-B-A-Be(k)tPID變速積分變速積分PDPD8.2
13、PID控制算法的改進（12）變速積分與積分分離控制方法很類似，但調(diào)節(jié)方式不同。積分分離：對積分項采用“開關(guān)”控制；變速積分：則是根據(jù)偏差的大小，改變積分項速度，屬線性控制。因而，變速積分PID控制的調(diào)節(jié)品質(zhì)大為提高。8.2PID控制算法的改進（13）8.2.4不完全微分的PID算式1、問題---微分項的副作用微分項的引入，主要是改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，但也有副作用。在標(biāo)準(zhǔn)PID算式中，當(dāng)有階躍信號輸入時，微分項輸出急劇增加，容易引起超調(diào)和控制過程振蕩，導(dǎo)致調(diào)節(jié)品質(zhì)下降。2、解決方法----不完全微分的PID算式為了解
14、決這一問題，同時要保證微分作用有效，可以參照模擬調(diào)節(jié)器的方法，采用不完全微分的PID算式。8.2PID控制算法的改進（14）首先分析標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字PID控制器中的微分作用。由式可得出各部分的輸出同偏差的關(guān)系：①比例部分的輸出同偏差的關(guān)系②積分部分的輸出同偏差的關(guān)系③微分部分的輸出同偏差的關(guān)系當(dāng)為單位階躍函數(shù)，即時得：從中得出微分部分的輸出序列為：8.2PID控制算法的改進（15
