《ID控制算法》PPT课件

4.3PID控制算法,一、基本控制规律理论和实践均证明了，在连续控制系统中，对象为一阶和二阶惯性环节或同时带有滞后时间不大的滞后环节时，PID控制是一种较好的方法。PID基本算法是这样的：控制器的输出是与控制器的输入(误差)成正比，与输入的积分成正比、与输入的导数成正比这三个分量之和，其表达式为：PID控制也称为比例一积分一微分控制，其中的比例项用于纠正偏差，积分项用于消除系统的稳态误差，微分项用于减小系统的超调量，增加系统稳定性。PID控制器的性能取决于Kp，Ti和TD这三个系数，设计和调试者的任务就是决定这三个系数。,应用微机来实现PID控制时，必须先将该式离散化，令t=nT，T为采样周期，且有T代替微分增量dt，用误差的增量e(nt)代替de(t)，则：于是原式可写成：,增量式的PID算法：U=U（n）-U（n-1）记,为了简化计算机的运算，将上式进一步化简。式中：,开始,二、PID控制器的参数整定1、采样周期T的选择保证计算机在一个采样周期内完成所需操作在一个采样周期内，计算机要启动和等待A/D转换，数字滤波，进行PID运算，输出控制量，显示，处理其它事务等，一个采样周期的时间必须至少大于完成所需操作的最长时间。2）要保证执行机构完成必要的动作3）要考虑对象的动态特性（见下页示例图）4）要考虑计算机计算精度的影响5）保证有用信号不失真6）应保证控制器对扰动作出及时的反应,要求T,要求T,工程上采样频率取有用信号频率410倍,2、用扩充的临界比例法整定数字PID控制的参数选择一个足够短的采样周期Tmin求取临界比例系数Kc和临界振荡周期Tc。采用上一步所选定的采样周期Tmin，让PID作纯比例控制，即让TI=，TD=0,让比例系数从很小的值逐渐增大，直至被控量是既不衰减又不发散的等幅振荡，系统处于稳定边界，如图4.3.3所示，这时的比例系数就是临界比例系数Kc，被控量的振荡周期就是临界振荡周期Tc。选择控制度（类似于精度的意义）,就是以模拟调节器为基准，将数字控制器的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较的一个评价函数，有多种方法定义控制度，这里采用最小误差平方积分的方法，即：,根据实验所得Kc和Tc及选定的控制度Q，按表4.3.1计算出数字PID参数Kp,Ti,TD和T。表4.3.1扩充临界比例法整定参数计算表通常当控制度为1.05时，就可以认为数字控制与模拟控制效果相当。这种方法常用于一般流量，压力，温度和液面控制系统。,三、扩充响应曲线法1、绘制对象阶跃响应曲线系统处于开环，断开数字控制器，使系统在手动状态下工作，在被控对象输入端加一个单位阶跃信号，记录下此信号及对象的响应曲线，如图4.3.4所示：2、求对象参数在阶跃响应曲线斜率最大处作切线，求得对象的纯滞后时间和时间常数Tt。3、选定控制度Q。,4、计算所得，Tt,和选定的控制度Q，按表4.3.2算到数字PID控制器的参数Kp,TI,TD和T。表4.3.2扩充响应曲线法整定PID参数计算表,实际工作中，按以上方法计算出PID参数后，还需要在闭环运行后进一步修正，以达到最佳调节效果。修正的规律如下：增大比例系数Kp，会加快系统响应,减小静差,但超调量增大，稳定性变差。增大积分时间TI，减落了积分作用，超调量减小，系统稳定性更好，但消除系统静差时间长。增大微分时间TD，增强了微分作用，减小了超调量，稳定性更好，但对扰动和干扰更敏感。,被控对象不同，输入信号的形式大同，干扰的大小和来源不同以及系统的要求不同等因素，往往使PID的基本算法不能满足要求，需