數(shù)字PID控制及其算法

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1、第七章數(shù)字PID控制及其算法PID控制方式：采用比例、積分、微分的控制方式。PID模擬PID控制算法：用于模擬控制系統(tǒng)模擬系統(tǒng)過程控制：被測參數(shù)（模擬量：溫度、壓力、流量）由傳感器變換成統(tǒng)一的標準信號后輸入調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器中與給定值進行比較，再把比較后的差值經(jīng)PID運算后送到執(zhí)行機構(gòu)，改變進給量，以達到自動調(diào)節(jié)的目的。數(shù)字PID控制算法：用于數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)過程控制：先把過程參數(shù)進行采樣，并通過模擬量輸入通道將模擬量變成數(shù)字量，這些數(shù)字量通過計算機按一定控制算法進行運算處理，運算結(jié)果經(jīng)D/A

2、轉(zhuǎn)換成模擬量后，由模擬量輸出通道輸出，并通過執(zhí)行機構(gòu)去控制生產(chǎn)，以達到給定值。第七章數(shù)字PID控制及其算法計算機控制系統(tǒng)的優(yōu)點是：一機多用控制算法靈活可靠性高可改變調(diào)節(jié)品質(zhì)，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量生產(chǎn)安全，可改善工人勞動條件第七章數(shù)字PID控制及其算法計算機控制的主要任務(wù)是設(shè)計一個數(shù)字調(diào)節(jié)器。常用的控制方法有：程序控制和順序控制PID控制調(diào)節(jié)器的輸出是其輸入的比例、積分、微分的函數(shù)直接數(shù)字控制最優(yōu)控制模糊控制7.1PID調(diào)節(jié)算法7.2PID算法的數(shù)字實現(xiàn)7.3數(shù)字PID調(diào)節(jié)中的幾個實際問題7.4數(shù)

3、字PID算法的發(fā)展7.5PID參數(shù)的整定方法7.1PID調(diào)節(jié)算法7.1.1PID調(diào)節(jié)器的優(yōu)點7.1.2PID調(diào)節(jié)器的作用7.1.1PID調(diào)節(jié)器的優(yōu)點PID調(diào)節(jié)器之所以經(jīng)久不衰，主要有以下優(yōu)點：1.技術(shù)成熟2.易被人們熟悉和掌握3.不需要建立數(shù)學模型4.控制效果好返回7.1.2PID調(diào)節(jié)器的作用1.比例調(diào)節(jié)器2.比例積分調(diào)節(jié)器3.比例微分調(diào)節(jié)器4.比例積分微分調(diào)節(jié)器1.比例調(diào)節(jié)器1、比例調(diào)節(jié)器的微分方程為：式中：y—調(diào)節(jié)器輸出KP—比例系數(shù)e(t)—調(diào)節(jié)器輸入偏差由上式可以看出，調(diào)節(jié)器的輸出與輸入

4、偏差成正比。因此，只要偏差出現(xiàn)，就能及時地產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時的特點。階躍響應(yīng)特性曲線圖2、比例調(diào)節(jié)器的特性曲線比例調(diào)節(jié)作用的大小，除了與偏差有關(guān)，主要取決于比例系數(shù)KP：KP越大→調(diào)節(jié)作用越強→動態(tài)特性越好KP越小→調(diào)節(jié)作用越弱→動態(tài)特性越差3、優(yōu)缺點優(yōu)點：調(diào)節(jié)及時，只要有偏差出現(xiàn)，就能及時產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用。缺點：存在靜差，對擾動較大，慣性較大的系統(tǒng)，難于兼顧動態(tài)和靜態(tài)特性。返回2.比例積分調(diào)節(jié)器1、積分調(diào)節(jié)器①積分作用：是指調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差的積分成比例的作用。

5、②積分調(diào)節(jié)器的微分方程為：式中：TI—積分時間常數(shù)（它表示積分速度的大?。㏕I越大，積分速度越慢，積分作用越弱TI越小，積分速度越快，積分作用越強積分作用響應(yīng)曲線圖③積分作用的響應(yīng)特性曲線④積分作用的特點：輸出與偏差存在的時間有關(guān)，只要偏差存在，輸出就會隨著時間不斷增長，直到偏差消除，輸出才不會變化。⑤優(yōu)缺點優(yōu)點：能消除靜差缺點：動作緩慢，在偏差剛出現(xiàn)時，調(diào)節(jié)器作用弱，不能及時克服擾動的影響，致使被調(diào)參數(shù)的動態(tài)偏差增大。2、比例積分調(diào)節(jié)器：若將比例和積分兩種作用結(jié)合起來，就構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器。①調(diào)節(jié)

6、規(guī)律PI調(diào)節(jié)器的輸出特性曲線圖②特性曲線一開始：比例調(diào)節(jié)作用→比例輸出Y1隨后：積分作用→在同一方向，在Y1的基礎(chǔ)上輸出值不斷增大最后：PI調(diào)節(jié)器的輸出趨于穩(wěn)定值KIKPe(t)③優(yōu)缺點優(yōu)點：克服了比例調(diào)節(jié)有靜差存在的缺點，又避免了積分調(diào)節(jié)響應(yīng)慢的缺點，靜態(tài)和動態(tài)特性得到了改善。缺點：當控制對象具有較大的慣性時，無法得到很好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。返回3.比例微分調(diào)節(jié)器1、微分調(diào)節(jié)器①微分方程為：式中：TD—微分時間常數(shù)②微分作用的響應(yīng)特性曲線t＝t0時，加入階躍信號，輸出值Y變化速度很大t＞t0時，輸出值

7、Y迅速變?yōu)?③微分作用的特點：輸出只能反應(yīng)偏差輸入變化的速度，對于固定不變的偏差，不會有微分作用輸出。④優(yōu)缺點優(yōu)點：使過程的動態(tài)品質(zhì)得到改善缺點：不能消除靜差，只能在偏差剛出現(xiàn)時產(chǎn)生一個很大的調(diào)節(jié)作用2、比例微分調(diào)節(jié)器：若將比例和微分兩種作用結(jié)合起來，就構(gòu)成PD調(diào)節(jié)器①調(diào)節(jié)規(guī)律②特性曲線PD調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線圖偏差剛出現(xiàn)瞬間，PD調(diào)節(jié)器輸出一個很大的階躍信號，然后按指數(shù)下降，以至最后微分作用完全消失，變成一個純比例環(huán)節(jié)。返回4.比例積分微分調(diào)節(jié)器為了進一步改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，往往把比例、積分、微分三

8、種作用組合起來，形成PID調(diào)節(jié)器。1、PID的微分方程：2、特性曲線返回PID調(diào)節(jié)器對階躍響應(yīng)特性曲線圖對于PID調(diào)節(jié)器，在階躍信號作用下，首先是比例和微分作用，使其調(diào)節(jié)作用加強，再進行積分，最后消除靜差。7.2PID算法的數(shù)字實現(xiàn)7.2.1PID算法的數(shù)字化7.2.2PID算法的程序設(shè)計7.2.1PID算法的數(shù)字化1、在模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，PID控制算法的模擬表達式為：式中：y(t)—調(diào)節(jié)器的輸出信號e(t)—調(diào)節(jié)器的偏差信號（它等于給定值與測量值之差）KP—調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)TI—調(diào)節(jié)器的積分時間