數(shù)字PID及其改進(jìn)算法

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1、第六章數(shù)字PID及其改進(jìn)算法檢測(cè)與控制技術(shù)◆課時(shí)授課計(jì)劃◆提綱◆課程內(nèi)容精品課程第六章數(shù)字PID及其改進(jìn)算法課題：第6章數(shù)字PID及其改進(jìn)算法6.1PID控制及作用6.2離散化的方法6.3數(shù)字PID及其算法6.4標(biāo)準(zhǔn)PID算法的改進(jìn)6.5PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定6.6純滯后補(bǔ)償控制技術(shù)6.7串級(jí)控制技術(shù)6.8其它常用的控制方法目的與要求：了解和掌握數(shù)字PID控制算法、PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定。課時(shí)授課計(jì)劃第六章數(shù)字PID及其改進(jìn)算法重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)：數(shù)字PID控制算法、PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定。難點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)PID算法的改進(jìn)。課

2、堂討論：為什么要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)PID算法進(jìn)行改進(jìn)？現(xiàn)代教學(xué)方法與手段：微型計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)網(wǎng)絡(luò)課程PowerPoint復(fù)習(xí)（提問）：數(shù)字PID控制算法兩種數(shù)學(xué)模型是什么？課時(shí)授課計(jì)劃第六章數(shù)字PID及其改進(jìn)算法6.1PID控制及作用6.1.1比例調(diào)節(jié)器6.1.2比例積分調(diào)節(jié)器6.1.3比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID）6.2離散化的方法6.2.1差分變化法6.2.2零階保持器法6.2.3雙線性變化法6.3數(shù)字PID及其算法6.3.1位置式PID控制算法6.3.2PID增量式控制算法6.4標(biāo)準(zhǔn)PID算法的改進(jìn)6.4.1“飽和”作用的抑制

3、課程提綱第六章數(shù)字PID及其改進(jìn)算法6.4.2不完全微分PID算法6.4.3微分先行PID算法6.4.4帶死區(qū)的PID控制6.4.5給定值突變時(shí)對(duì)控制量進(jìn)行阻尼的算法6.5PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定6.5.1湊試法確定PID調(diào)節(jié)參數(shù)6.5.2實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法確定PID調(diào)節(jié)參數(shù)6.6純滯后補(bǔ)償控制技術(shù)6.6.1純滯后補(bǔ)償算法6.6.2純滯后補(bǔ)償環(huán)節(jié)的數(shù)字控制器課程提綱第六章數(shù)字PID及其改進(jìn)算法6.8其它常用的控制方法6.8.1比值控制6.8.2選擇性控制思考題與習(xí)題：P229課程提綱第六章數(shù)字PID及其改進(jìn)算法6.1PID控制及

4、作用PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將設(shè)定值r（t）與輸出值c（t）進(jìn)行比較構(gòu)成控制偏差e（t）＝r（t）－c（t）將其按比例、積分、微分運(yùn)算后，并通過線性組合構(gòu)成控制量，如圖所示，所以簡(jiǎn)稱為P（比例）、I（積分）、D（微分）調(diào)節(jié)器。模擬PID調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)框圖課程內(nèi)容16.1.1比例調(diào)節(jié)器1.比例調(diào)節(jié)器的表達(dá)式2.比例調(diào)節(jié)器的響應(yīng)比例調(diào)節(jié)器對(duì)于偏差階躍變化的時(shí)間響應(yīng)如圖所示。比例調(diào)節(jié)器對(duì)于偏差e是即時(shí)反應(yīng)的，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用使被控量朝著偏差減小的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)Kp

5、的大小。Kp——比例系數(shù)；u0——是控制量的基準(zhǔn)，也就是e＝0時(shí)的一種控制作用P調(diào)節(jié)器的階躍時(shí)間響應(yīng)課程內(nèi)容2第六章數(shù)字PID及其改進(jìn)算法2.比例調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)簡(jiǎn)單、快速，有靜差。6.1.2比例積分調(diào)節(jié)器1.比例積分調(diào)節(jié)器的表達(dá)式2.比例調(diào)節(jié)器的響應(yīng)PI調(diào)節(jié)器對(duì)于偏差的階躍響應(yīng)如圖所示?？煽闯龀幢壤兓某煞滞?，還帶有累計(jì)的成分。只要偏差e不為零，它將通過累計(jì)作用影響控制量u，并減小偏差，直至偏差為零，控制作用不在變化，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。TI——積分時(shí)間常數(shù)PI調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)課程內(nèi)容3第六章數(shù)字PID及其改進(jìn)算法6.1

6、.3比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID）1.比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID）表達(dá)式2.比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID）的響應(yīng)理想的PID調(diào)節(jié)器對(duì)偏差階躍變化的響應(yīng)如圖所示。它在偏差e階躍變化的瞬間t＝t0處有一沖擊式瞬時(shí)響應(yīng)，這是由附加的微分環(huán)節(jié)引起的。3.微分環(huán)節(jié)的作用其控制規(guī)律為TD——微分時(shí)間（6-3）課程內(nèi)容4第六章數(shù)字PID及其改進(jìn)算法它對(duì)偏差的任何變化都產(chǎn)生——控制作用ud以調(diào)整系統(tǒng)輸出，阻止偏差的變化。偏差變化越快,ud越大，反饋校正量則越大。故微分作用的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。4.PID調(diào)節(jié)器與

7、PI調(diào)節(jié)器的區(qū)別PI調(diào)節(jié)器雖然可以消除靜差，但卻降低了響應(yīng)速度。PID調(diào)節(jié)器加快了系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。課程內(nèi)容5第六章數(shù)字PID及其改進(jìn)算法6.2離散化的方法微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)是采用數(shù)字控制方式，所以應(yīng)對(duì)模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行離散化處理，以便微機(jī)能夠通過軟件實(shí)現(xiàn)其控制算法。6.2.1差分變化法離散化處理的方法之一，是將模擬調(diào)節(jié)器的微分方程表達(dá)式的導(dǎo)數(shù)可用差分近似代替。1.變換的基本方法把原連續(xù)校正裝置傳遞函數(shù)D（s）轉(zhuǎn)換成微分方程，再用差分方程近似該微分方程。差分近似法有兩種：后項(xiàng)差分和前項(xiàng)差分。

8、微機(jī)測(cè)控離散化只采用后項(xiàng)差分。2.后項(xiàng)差分法課程內(nèi)容6第六章數(shù)字PID及其改進(jìn)算法（1）一階后項(xiàng)差分一階導(dǎo)數(shù)采用近似式：（2）二階后項(xiàng)差分二階導(dǎo)數(shù)采用近似式：例題：求慣性環(huán)節(jié)的差分方程解：由有化成微分方程：課程內(nèi)容7第六章數(shù)字PID及其改進(jìn)算法以采樣周期離散上述微分方程得即用一階后項(xiàng)差分近似代替得：代入上式得整理得6.2.2零階保