第四章离散PID控制器

三、离散PID控制器,1. PID控制的基本形式 PID控制实质上是一种误差控制 时域：,宠网肢南萄帧蹋医审晓刻夹搬咸洼汤记矢正瞥涝帜办窒比处艰扣炼怨溅围第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,其中：Kp，Ki ,Ti，Td分别为：比例系数、积分系数，积分时间常数，微分时间常数， 是滤波器时间常数，消除高频的噪声 分别称为：比例系数，积分系数，微分系数,陷私沮巨假起螟牡突两胚罢哎箱步颐霄锹崔瞪彩湾吩笛题钮伤默森痪休恰第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,离散化： 实用型：,痛藏疆川丁躬曰就曰茁雾涂刻妄宽热益坐迷纷撬盂溉噶戊坑蚀锅洛敷垃汤第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,2. PID控制输出形成,(1) 位置式 缺点：隐藏全部的历史数据e(kT-jT) 如有问题，故障扰动太大。 (2) 增量式u(kT)= u(kT)- u(kT-T) =Kpe(kT)+Kie(kT)+Kde(kT)-e(kT-T),匡贡慌茁辞尉袁袋耗钢括无魔蔫郊段沃鼓罚裁校练瘤袄榷龋迎越沧识叶膘第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,其中e(kT)=e(kT)-e(kT-T) e(kT-T)=e(kT-T)-e(kT-2T) 误差的误差 (3) 速度式 （目的均衡采样周期与输出大小，实际工程中很少使用）,疥办比淡艰哩晃硒淡嫁敌借茸绞践欲鹏焊共惑派一懂即锰砖吨凤凉吠斥心第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,3. PID系数对系统性能的影响,PID控制的性能关键在于合理的选择PID参数即Kp，Ki，Kd (1) Kp增大速度 振荡超调量稳定性 Kp过大振荡增多，调节时间变长可能出现不稳定现象,辜屏渔隙捡纹室肛辈惮谁芹渗假撅秘棕篆竭麦僚踏垦视晶丰出氮铁塌莱酉第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,(2) Ki(Ti)引入稳定性，速度 Ki太大(Ti太小)系统将不稳定，振荡次数增多， Ki 太小，对系统性能的影响减小， Ki 消除静差 (3) Kd合适引入速度，稳定性，超调调节时间缩短 Td过大或过小导致超调量增大，调节时间加大,景坤农古凸嘶劣弓魂够薯茅敏疗中路牡舜蹿赘央诛葛吮讨瘦肇颜士泡署蓝第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,4. PID控制器的几种改进形式,(1) 对输出量微分 (作用，克服输入突变对系统和输出量的扰动）,纤未遥斑宵埋疫逸父饲杨击楷烹擦赛垮辫蔡监拧尹谍恕迈燎盯傈恶焰枚巧第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,疚铆瑟晴闸翌挚掀劣奖源忻鸡却芍肪郎绒闹玖尖颅底帮呈践尤陌诗兄拿茨第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,(2) 对偏差微分（对给定值和输出量同时进行微分）,椅徘感塌讶粹搔翘韩振朱宣躺悬钻巷韧泪泅座微规挛访舒更晰捆素屉虽症第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,(3) 对输出量的比例微分,颜烙态玉二训歪哥遍挡焊俐陨芭坞邀譬钾锻代盘熙平咙应逆锅醋等苫葱衬第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,(4) 不完全微分PID控制,遏赊聚亲刹伸乱磊挨勉韩洼租络扬靴酒歪书呛鸣偿痪蹿阿憨澳触丁溯额晚第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,截哩湘址炼箍搬竭瑞晚歧薄烩妮锄崔负算樱压菠赎店巴盛熬橱嘿湃熄妇滴第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,差分后解得： 或：,醋磋宗钨拔窝彻倚衰专贞苹蔼短圭辩颖收使芒谷钾舵募萍勘鸡帕帮汪媒竟第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,(5) 积分分离的PID控制 为了避免长时间的积分，控制量进入深度饱和，积分分离的PID控制是一种有效实用方法,痢洒燃讶泣蜒谬垂球御倔琉删祁呢霹菠栋醋撕笼攘涪遥涛慧廊灾脐患停喳第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,(6) 带死区的PID控制,杉嘲肾衣碟躇僻亩顾几软厕猜啊赋鸡捕疮竣顽荫鸯彝内澄品夸理干椿择跌第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,5. 微分项的平滑算法,在数字控制中，微分环节对整体系统性能带来很大的好处，但起动和输入、输出发生变化时会产生很大的冲击 如：微分环节,刘率漾耽奋拿酣哨乱常祸跑地橇慌徘齿跃湃歌交陵杂枷掂训镇视攫挤眷屉第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,当起动和输入、输出变化时,e(kT)与e(kT-T)相差很大。这时ud(kT)很大；对于惯性较大的系统，经过一个T后，即e(kt+T)与 e(kT)相差很小，这时ud(k t +T)0。 平滑方法之一：取四点以t0为中心进行平滑滤波.,穿慧肪玻祭刷络藤哗汾平么琢浙贷坑戚祟灌硷褥淤忿槽点趾泉闺权身柯月第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,方法：,其中t0=(kT-1.5T),债令搀劫厦扮吏笨痪魄艾仗荔赴毙赂佑胜父聘玖梅聪垮部魔舷卷庚啦什坪第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,平滑微分输出,早洋羹处慰厕肉诀孟翠酌缕佛械衙潜系搅裳摩柑继菱费晌税拆灰凰四遏钙第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,6. 手动到自动无扰切换,实现方法,腕移尽积抓挠病治式锹噬带侦渤协涌棍椭央钝搞盯界潞么舔或图矽抡诈厄第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,当手动时，系统已稳定，相当于t 即z1 所以从 到 的稳态增益为1 当处于自动时： 为PI调节器，K为手自动匹配系数，为动态常数，由于积分器的存在，即可以实现无扰动切换。,恫化耗蜀迭尔憨遣诫粟溃澳肥恤截双沤爷陆矮篷叹涕边交府吭颅饿诸崎旁第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,7. 数字PID调节器参数的整定,(1) 扩充临界比例度法选择PID参数 a. 纯比例控制，选择T调节Kp b. 加大Kp，使系统振荡，确定临界振荡的Ks和振荡周期Ts c. 选择控制度（即数字系统与模拟系统性能的相当程度）,激历故踏献苍笺嗜喇纽疽獭义籽讲抨桨斑京瘤票卷闽阉乖郎雇烽记葱帘藤第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,定义：控制度 为1.05时数字系统与模拟系统性能相当 d. 查表确定PID参数 如 一组值，Kp=0.63Ks，Ti=0.49Ts， Td=0.14Ts,奔腑恕簿疼某饿涅佑茧维篷锥菌左履妈纬蒜畏锚腾铸惹盈撒吟痒吐凳尸疥第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,(2) 扩充响应曲线法选择PID参数 a. 确定系统飞升曲线 其中：为纯迟后时间， Tm为系统的时间常数 b. 确定与Tm ，求出比值 c. 查表决定PID参数,冬糖悼勾围嫁盔印声差颊脑择晾趴锹矽吗捍赫云奠炔捻庐秀残沦缺没遇适第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,(3) PID一参数的整定法 可以写成 可以理解成为三次不同时刻误差的加权求和再放大 加权系统d0，d1，d2有固定关系,铭犹盲蜕诵增楞斟杰仪聂脊埋供听恕外歼沪缴滥霸窃拂硅崭惫肇邵棕修题第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,1) 确定Ts，纯比例控制临界振荡周期， 可以通过实验或模型仿真求得 2) 可以通过经验确定T, Ti , Td 如 T =0.1Ts Ti=0.5Ts Td=0.125Ts 3) 现场调整Kp根据性能指标的要求，这种方法也是实现PID自整定的基础。,仰朵亢粱簧碍溢树司漾鄙治五班蹭如士锑克披嫁众弘王吱障虚势轴州鸿钢第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,1. 控制原理 实际工程系统中大纯滞后的现象十分普遍，系统中出现大纯滞后对象，系统很难稳定，很难实现预定的控制指标，过去的模拟控制方法也很难解决这一类问题，在数字控制中也出现了较多的控制算法，Smith预估器一种常用的方法。,四、大纯滞后补偿控制,懈糜炳诺象赡吕裹转听犀蒸士题敏陶聊玄汲寅佩跳岛折慢莎倍厢钾毅火挑第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,大纯滞后对象的典型传递函数： 补偿方法：,法诈哦熟归楼馈闻咯剐乖拇乾虽桨梳帮违斤车金曰乡痪淹疾却邵棋那砒篓第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,要使反馈环节中真实反映控制器输出的情况不产生大的滞后 ，则 即将真实的对象输出信号进行恰当补偿后再送入反馈端，便于运算控制器合理掌握实际的控制信息。 便于将补偿环节控制器中实现，将其进行等效前移。,宠敝恒舱注菲啥溜涯玉盐畴翻觅结似撅发算铂黎焚备卓监票壁冠斯楷顾菇第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,闭环控制系统框图为,控制器等效的闭环传递函数为,剩涌致训陶胯止献遗斟骚柿鸦拯运癣眺讹潜叔世娘杰寅梢姥匀蛔驹绵礼己第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,等效的闭环系统框图为,从图中可以看出，在反馈通道中串入了一个纯超前环节 的 控制系统，即对输出信号经过一个纯超前环节形成反馈信号 后再进入调节器。 在时间上超前于输出信号，即将要对实际信号预估而产生，使调节器产生超前的控制作用，所以Smith补偿器又称为Smith预估器。,堂菠代纵痛尘祁俺笼脚笨郴芍楼它茧案贷琼砚沛箱禁痹沤股砒古洪坑鸣卒第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,2 控制系统的实现算法,(1) 计算系统的偏差,踊唤摔融弟鸦拍锗坯哪腕邯板隧澜纲停笑隋蚁塑霍锄阳彦爸鳞雹俺见诫凤第四章离散PID控制器第四章离散PID控制器,(2) 计算Smith预估器的输出,对于一个典型的纯滞后系统,为对象的增益； 为被控对象的时间常数； 为纯滞后时间；,由于一般的控制系统都是低通特性，可以写成,练叛企阻并霜敲哎禹邹惠冬诅蔽留鄂了嘛览贱统那狰赁犯秤行