資源描述：
《PID控制算法控制算法》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第五章PID控制算法控制算法5.1PID控制原理與程序流程5.1.1過程控制的基本概念過程控制――對生產(chǎn)過程的某一或某些物理參數(shù)進行的自動控制。一、模擬控制系統(tǒng)圖5-1-1基本模擬反饋控制回路被控量的值由傳感器或變送器來檢測，這個值與給定值進行比較，得到偏差，模擬調節(jié)器依一定控制規(guī)律使操作變量變化，以使偏差趨近于零，其輸出通過執(zhí)行器作用于過程?？刂埔?guī)律用對應的模擬硬件來實現(xiàn)，控制規(guī)律的修改需要更換模擬硬件。二、微機過程控制系統(tǒng)圖5-1-2微機過程控制系統(tǒng)基本框圖以微型計算機作為控制器。控制規(guī)律的
2、實現(xiàn)，是通過軟件來完成的。改變控制規(guī)律，只要改變相應的程序即可。三、數(shù)字控制系統(tǒng)DDC圖5-1-3DDC系統(tǒng)構成框圖DDC(DirectDigitalCongtrol)系統(tǒng)是計算機用于過程控制的最典型的一種系統(tǒng)。微型計算機通過過程輸入通道對一個或多個物理量進行檢測，并根據(jù)確定的控制規(guī)律(算法)進行計算，通過輸出通道直接去控制執(zhí)行機構，使各被控量達到預定的要求。由于計算機的決策直接作用于過程，故稱為直接數(shù)字控制。DDC系統(tǒng)也是計算機在工業(yè)應用中最普遍的一種形式。135.1.2模擬PID調節(jié)器一、
3、模擬PID控制系統(tǒng)組成圖5－1－4模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖二、模擬PID調節(jié)器的微分方程和傳輸函數(shù)PID調節(jié)器是一種線性調節(jié)器，它將給定值r(t)與實際輸出值c(t)的偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D)通過線性組合構成控制量，對控制對象進行控制。1、PID調節(jié)器的微分方程式中2、PID調節(jié)器的傳輸函數(shù)三、PID調節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用1、比例環(huán)節(jié)：即時成比例地反應控制系統(tǒng)的偏差信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，調節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。2、積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度
4、。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)TI，TI越大，積分作用越弱，反之則越強。3、微分環(huán)節(jié)：能反應偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調節(jié)時間。5.1.3數(shù)字PID控制器一、模擬PID控制規(guī)律的離散化模擬形式離散化形式二、數(shù)字PID控制器的差分方程13式中稱為比例項稱為積分項稱為微分項三、常用的控制方式1、P控制2、PI控制3、PD控制4、PID控制四、PID算法的兩種類型1、位置型控制――例如圖5－1－5
5、調節(jié)閥控制2、增量型控制――例如圖5－1－6步進電機控制【例5—1】設有一溫度控制系統(tǒng)，溫度測量范圍是0～600℃，溫度采用PID控制，控制指標為450±2℃。已知比例系數(shù),積分時間，微分時間，采樣周期。當測量值，，時，計算增量輸出13。若，計算第n次閥位輸出。解：將題中給出的參數(shù)代入有關公式計算得，，由題知，給定值，將題中給出的測量值代入公式（5－1－4）計算得代入公式（5－1－16）計算得代入公式（5－1－19）計算得5.1.4PID算法的程序流程一、增量型PID算法的程序流程1、增量型PI
6、D算法的算式式中，，2、增量型PID算法的程序流程――圖5－1－7（程序清單見教材）13二、位置型PID算法的程序流程1、位置型的遞推形式2、位置型PID算法的程序流程――圖5－1－9只需在增量型PID算法的程序流程基礎上增加一次加運算Δu(n)+u(n-1)=u(n)和更新u(n-1)即可。三、對控制量的限制1、控制算法總是受到一定運算字長的限制2、執(zhí)行機構的實際位置不允許超過上(或下)極限5.2標準PID算法的改進5.2.1微分項的改進一、不完全微分型PID控制算法1、不完全微分型PID算法
7、傳遞函數(shù)圖5－2－1不完全微分型PID算法傳遞函數(shù)框圖2、完全微分和不完全微分作用的區(qū)別圖5-2-2完全微分和不完全微分作用的區(qū)別3、不完全微分型PID算法的差分方程134、不完全微分型PID算法的程序流程――圖5－2－3二、微分先行和輸入濾波1、微分先行微分先行是把對偏差的微分改為對被控量的微分，這樣，在給定值變化時，不會產(chǎn)生輸出的大幅度變化。而且由于被控量一般不會突變，即使給定值已發(fā)生改變，被控量也是緩慢變化的，從而不致引起微分項的突變。微分項的輸出增量為2、輸入濾波輸入濾波就是在計算微分項
8、時，不是直接應用當前時刻的誤差e(n)，而是采用濾波值e(n)，即用過去和當前四個采樣時刻的誤差的平均值，再通過加權求和形式近似構成微分項5.2.2積分項的改進一、抗積分飽和積分作用雖能消除控制系統(tǒng)的靜差，但它也有一個副作用，即會引起積分飽和。在偏差始終存在的情況下，造成積分過量。當偏差方向改變后，需經(jīng)過一段時間后，輸出u(n)才脫離飽和區(qū)。這樣就造成調節(jié)滯后，使系統(tǒng)出現(xiàn)明顯的超調，惡化調節(jié)品質。這種由積分項引起的過積分作用稱為積分飽和現(xiàn)象?？朔e分飽和的方法：1、積分限幅法積分限幅法的基本思想
