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《第8章 數字PID算法的改進課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-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，除了按數字PID位置型算式和數字PID增量型算式進行標準的PID控制計算外，可根據系統(tǒng)的實際要求，對PID控制算法進行改進，以達到改善控制質量的目的。本節(jié)介紹幾種數字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控制結構如圖8-6所示。當時，當≤時，死區(qū)是
2、一個可調的參數。其具體數值可根據實際控制對象由實驗確定。值太小，使調節(jié)動作過于頻繁，不能達到穩(wěn)定被調對象的目的。如果取得太大，則系統(tǒng)將產生很大的滯后。當=0（或K=1）時，則為PID控制。執(zhí)行機構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，當系統(tǒng)在開工、停工或大幅度升降給定值時，短時間內產生很大偏差，由于積分項
3、的作用，往往會產生嚴重的積分飽和現象，將會使系統(tǒng)的輸出產生一個很大的超調量和長時間的波動。這種現象對于變化比較緩慢的對象，如溫度、液位調節(jié)系統(tǒng)，其影響更為嚴重，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，當系統(tǒng)在啟動、結束或大幅度增減給定值時，短時間內會產生很大的偏差
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)行機構的飽和。當輸出量m(t)超過給定值r(t)時，叫做超調，此時偏差為負(e(k)<0)。由于積分項的作用，進入飽和區(qū)后,即便是負偏差,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）給定值超調超調測量值（輸出值）超調控制限定值這種飽和稱為“積分飽和”。飽和
7、引起輸出超調，甚至產生震蕩，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。積分分離算法要設置分離閥值：當≤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＞時，也即偏差值比較大時，采用PD控制，可使超調量大幅降低。積分分離PID算法可表示為：式中稱為邏輯系數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，設置一系數f[e(k)]，它是e(k)的函數。當
9、e(k)
10、增大時，f減??；當
11、e(k)
12、減小時，f增大。8.2PID控制算法的改進（10）系數與偏差e(k)的關系為變速積分PID積分項表達式為值在區(qū)間內變化。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，但調節(jié)方式不同。積分分離：對積分項采用“開關”控制；變速積分：則是根據偏差的大小，改變積分項速度，屬線性控制。因而，變速積分PID控制的調節(jié)品質大為提高。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。在標準PID算式中，當有階躍信號輸入時，微分項輸出急劇增加，容易引起超調和控制過程振蕩，導致調節(jié)品質下降。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）首先分析標準數字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系：①比例部分的輸出同偏差的關系②積分部分的輸出同偏差的關系③微分部分的輸出同偏差的關系當為單位階躍函數，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
