数字pid及其算法.doc

数字PID及其算法l PID算法的数字实现l 数字PID调节中的几个问题l 几种发展的PID算法l PID参数的整定方法1、常用控制方法计算机控制系统的核心就是数字调节器。常用控制方法：l 直接数字控制：根据采样理论和离散化后的数字模型设计数字控制器。l PID 控制：调节器的输出是其输入的比例、积分和微分的函数；不需要被控对象的数字模型；结构简单，参数容易调整，应用广泛。l 最优控制（Optimal Control）：基于性能指标J最小的控制策略（燃料最省、路径最短、时间最短），依赖于对象数字模型。l 模糊控制（Fuzzy Control）：基于仿人类思维的模糊数据推理方法，不需要数字模型；控制简单，占用内存少，属于智能控制范畴。2、PID算法的数字实现Proportional（比例）、Integral（积分）、Differential（微分）根据输入的偏差，按比例、积分和微分的函数关系运算得到控制输出可以灵活地改变其结构。l P（ 比例）控制 l PI（ 比例积分）控制 l PID（ 比例积分微分）控制 l PID算法的数字实现模拟表达式：将积分项和微分项离散化：将上两式代入模拟表达式中得到离散PID表达式：上式的输出与阀门开度位置一一对应，也称为位置型PID算式。用位置型PID算式计算P(K)，需要用到各采样时刻的偏差值，计算复杂，且需要占用内存。(k-1)时刻的输出：两式相减：表示第K次输出的信号增量，称为增量型PID控制算式。位置型算式不仅需要对E(j)累加，而且计算机的任何故障将引起P(k)的大幅度变化，对生产不利。增量型较位置型的优点：l 由于输出的是增量，所以误动作小； l 易于实现手动/ 自动的无扰切换（位置型算法中，当由手动切换到自动时，首先需要保证控制器的输出等于实际的控制量；增量型算式只给出偏差，而与原来位置无关）；l 不产生积分失控，容易获得良好的调节品质。增量型的缺点：l 积分截断效应大，有静态误差；l 溢出的影响大。位置型PID算法的程序设计：增量型PID算法的程序设计：3、数字PID调节中的几个问题l 正反作用问题l 积分饱和问题l 限位问题l 字节变换问题l 电流/电压问题l 干扰抑制问题l 手动/自动无扰切换问题3.1 正反作用问题在基于偏差的控制系统中，调节器输出的极性与偏差的极性有一定关系。l 正作用：偏差越大，输出越大l 反作用：偏差越大，输出越小正反作用在计算机控制系统中的实现 方法1 ：正作用下E(k)=M(k)-R(k) 反作用下E(k)=R(k)-M(k)方法2 ：反作用时，将PID 算式的输出取补后再输出 3.2 积分饱和问题积分饱和的产生：1、当偏差产生跃变时，位置型PID算式的输出将急剧增大或减小，有可能超过执行机构的上（下）限，而此时执行机构只能工作在上限。2、系统输出需要很长时间才达到给定值，在这段时间内算式的积分项将产生一个很大的积累值。3、当系统输出穿越给定值后，偏差反向，但由于大的积分积累值，控制量需要相当一段时间脱离饱和区。因此引起系统产生大幅度超调，系统不稳定，如图7-4所示。3.3 如何消除积分饱和的影响l 遇限削弱积分法基本思路：在计算P(k) 时，根据上一时刻的控制量P(k-1) 是否超过限制范围，若超出则根据偏差决定是否累计积分项（若未进入超调区域则不累计积分项，否则开始累计积分项），否则累计积分项。l 有效偏