數(shù)字pid控制算法

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1、專業(yè)資料分享第三章、計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一、參考書(shū)目：書(shū)名：《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》章節(jié)：第六章頁(yè)號(hào)：P140-156二、主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：1.數(shù)字PID控制算法PID控制規(guī)律的基本輸入/輸出關(guān)系可用微分方程表示：在模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，PID控制算法的模擬表達(dá)式為：2.對(duì)標(biāo)準(zhǔn)PID算法的改進(jìn)1、微分項(xiàng)的改進(jìn)不完全微分型PID算法傳遞函數(shù)完美DOC格式整理專業(yè)資料分享2、積分項(xiàng)的改進(jìn)抗積分飽和積分作用雖能消除控制系統(tǒng)的靜差，但它也有一個(gè)副作用，即會(huì)引起積分飽和。在偏差始終存在的情況下，造成積分過(guò)量。當(dāng)偏差方向改變后，需經(jīng)

2、過(guò)一段時(shí)間后，輸出u(n)才脫離飽和區(qū)。這樣就造成調(diào)節(jié)滯后，使系統(tǒng)出現(xiàn)明顯的超調(diào)，惡化調(diào)節(jié)品質(zhì)。這種由積分項(xiàng)引起的過(guò)積分作用稱為積分飽和現(xiàn)象。克服積分飽和的方法：1、積分限幅法積分限幅法的基本思想是當(dāng)積分項(xiàng)輸出達(dá)到輸出限幅值時(shí)，即停止積分項(xiàng)的計(jì)算，這時(shí)積分項(xiàng)的輸出取上一時(shí)刻的積分值。其算法流程如圖3-2-4所示。2、積分分離法積分分離法的基本思想是在偏差大時(shí)不進(jìn)行積分，僅當(dāng)偏差的絕對(duì)值小于一預(yù)定的門(mén)限值ε時(shí)才進(jìn)行積分累積。這樣既防止了偏差大時(shí)有過(guò)大的控制量，也避免了過(guò)積分現(xiàn)象。其算法流程如圖3-2-5。三、知

3、識(shí)點(diǎn)：1、為什么要用PID調(diào)節(jié)器1、經(jīng)典控制方法，可靠成熟。2、相比兩位式控制，控制精度大大提高。3、算法成熟，資源豐富。2、數(shù)字PID控制算法的比例、積分、微分的作用特點(diǎn)和不足PID是英文單詞比例（Proportion），積分（Integral），微分（Differentialcoefficient）的縮寫(xiě)。PID調(diào)節(jié)實(shí)際上是由比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)方式組成，它們各自的作用如下：比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤

4、差，但是過(guò)大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。完美DOC格式整理專業(yè)資料分享積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無(wú)差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用

5、，在偏差還沒(méi)有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在微分時(shí)間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒(méi)有變化時(shí)，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。3、PID控制算法數(shù)字化前提條件圖4.1模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖采樣周期T很小，這樣dt可用T近似代替，de（t）可用e（n）-e（n-1）近似代替，積分用求和近似代替。4

6、、兩種算法表達(dá)式及相互比較數(shù)字PID控制算法包括增量型算法和位置型算法，兩者相比增量型算法具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）增量型算法不需要做累加，控制量增量的確定僅與最近幾次誤差采樣值有關(guān)，計(jì)算誤差或計(jì)算精度問(wèn)題對(duì)控制量的計(jì)算影響較小，而位置型算法要用到過(guò)去的誤差累加值，容易產(chǎn)生較大的累加誤差。完美DOC格式整理專業(yè)資料分享（2）增量型算法得出的是控制量的增量，例如閥門(mén)控制中，只輸出閥門(mén)開(kāi)度的變化部分，誤動(dòng)作影響小，必要時(shí)通過(guò)邏輯判斷限制或禁止本次輸出，不會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)工作。（3）采用增量型算法，易實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)沖擊

7、切換。5、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)PID算法的改進(jìn)——“飽和”作用的抑制在PID控制系統(tǒng)中由于積分作用，存在飽和現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)引起大幅度的超調(diào)，使系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以要對(duì)飽和作用進(jìn)行抑制。抑制方法主要有兩種：1.遇限削弱積分法基本思想：一旦控制量進(jìn)入飽和區(qū)，則停止進(jìn)行增大積分的運(yùn)算。在計(jì)算P(K)值時(shí)，先判斷P(K-1)是否超過(guò)限制范圍，如果超出，將根據(jù)偏差的符號(hào)，判斷系統(tǒng)的輸出是否進(jìn)入超調(diào)區(qū)域，再?zèng)Q定是否將相應(yīng)偏差計(jì)入積分項(xiàng)。P(K-1)≥Pmax，且E(K)>0P(K-1)≤Pmin，且E(K)<02.有效偏差法用位置型PI

8、D算式算出的控制量超出限制范圍時(shí)，控制量實(shí)際上只能取邊界值，即P(K)=Pmax或P(K)=Pmin有效偏差法的實(shí)質(zhì)：將相當(dāng)于這一控制量的偏差值作為有效偏差值進(jìn)行積分，而不是將實(shí)際偏差值進(jìn)行積分。完美DOC格式整理專業(yè)資料分享有效偏差值可按位置型PID算式逆推出：6、采樣周期的選擇依據(jù)（1）給定值的變化頻率加到被控對(duì)象上的給定值變化頻率越高，采樣頻率應(yīng)越高，以使給定值的改變通過(guò)采樣迅速得到反映，而不