第一章 基本PID算法.ppt

29.05.2020,热工控制理论与应用,主讲：zhangyuflywww.Z200704y,29.05.2020,参考教材,1.工业过程高级控制（为主）邵惠鹤编著（第2版）上海交大出版社2.高等过程控制王桂增等编著清华大学出版社3.过程控制金以慧主编清华大学出版社,29.05.2020,上课内容,第一章基本PID算法第二章非线性控制第三章几种常见线性模型第四章多变量系统的关联分析与解偶控制第五章状态反馈控制系统的设计第六章大纯滞后和逆向响应过程的控制第七章自适应控制系统第八章预测控制,29.05.2020,第0章序论,美国数学家维纳在40年代创立控制论。自动控制理论：经典控制理论-现代控制理论。经典控制理论：主要解决单变量系统的反馈控制问题，以频率法、权轨迹法和微分方程法为代表。解决了线性定常系统的问题。现代控制理论：解决多变量系统的优化控制问题，以变分法、最大值原理和动态规划方法为代表，李亚普诺夫稳定性分析、二次型最优系统等时域方法，由于它们在国防和工业等领域获得成功的应用展。解决非线性或时变系统的问题。,29.05.2020,第0章序论,智能控制理论：当前控制理论的研究热点之一。在解决高维性，系统信息的模糊性、不确定性、偶然性和不完全性上独占优势。包括：,基于知识的专家系统模糊控制人工神经网络控制学习控制基于信息论的智能控制。,虽然智能控制理论只有十几年的历史，尚未形成比较完整的体系，但其已有的应用成果和理论发展正成为自动控制的前沿学科之一。,29.05.2020,第0章序论,现代工业控制软件：以多变量预测控制为主，采用神经、模糊、遗传算法，实现多变量非线性控制，数据软测量，故障诊断等。,29.05.2020,第一章基本PID算法,1.1PID控制器参数与控制品质之间关系1.2PID控制器的编程实现1.3各种PID的改进算法1.4工程PID,29.05.2020,第一章基本PID算法,比例积分微分控制简称PID控制。PID控制：在工业过程中历史最久、生命力最强、应用最广的基本控制算法。优点：原理简单，使用方便，鲁棒性强。也就是说，控制品质对过程特性的变化灵敏度比较低，调节器参数调整比较容易；具有无余差功能，精度较高，适应性广，可用于各类工业过程的控制，已商品化。计算机过程控制的基本控制算法也仍然是PID控制。据估计工业控制中PID占90以上。PID控制是一种反馈控制。反馈控制回路的方块图如图所示。其中广义过程特性W0(s)由执行器、过程和传感、测量装置三部分所组成。,29.05.2020,第一章基本PID算法,1.1PID控制器参数与控制品质之间关系,R,x1,外扰,内扰,29.05.2020,（1）影响输出y的因素：扰动；调节作用；品质：最大动态偏差；系统稳定性，振荡的程度；,29.05.2020,（2）基本调节作用P、I、D，相应调节器：P、PI、D、PD、PIDPID参数与品质因素之间的关系：,-比例系数（0.52.0）；-积分时间（单位：s或min）；锅炉：50200s；汽机：1550s；-微分时间-比例带（单位：%）（50300）,各个基本调节作用的目的是什么？,29.05.2020,（3）分析：,不是最大动态偏差,29.05.2020,P_hlevel4.mdl演示,给定值变化,扰动变化,课后作业1.1：在外部扰动作用下，Kp的大小，对稳定性、稳态误差、过渡过程的影响怎样？受控对象分别采用二阶有自平衡和无自平衡。,29.05.2020,积分作用：,1。积分不利于稳定性。动态过程，长期偏差存在，Ui输出太大，超调严重。,2。不合理。A点，UI减小合理，B点，偏差在减小，UI继续减小不合理。3。积分作用要改进使用-积分分离。,29.05.2020,微分作用：,一般情况下，对快速过程不必加微分环节，而对慢过程需要加入微分环节,改善动态；当执行器动作次数在26次/min时，微分系数比较合理。,1。加快起始时刻动作程度，加快响应速度。E(t)小，de(t)不小。2。合理性。E(t)变大，ud加大（正）；E(t)变小，ud变小（为负），不容易超调，减少震荡=稳定性加强。3。敏感性。Td太大，对de(t)太敏感。导致动态过程执行机构动作频繁，造成系统长时间稳定不下来。4。实际系统谨慎加。保证稳定的动作次数。,提问：微分越大越好？,29.05.2020,课后作业1.2：PID控制。改变Kp、Ti、TD的大小，对稳定性、稳态误差、过渡过程的影响怎样？受控对象分别采用二阶有自平衡和无自平衡。,PIDSimu.mdl演示,29.05.2020,1.2PID控制器的编程实现,离散化：,29.05.2020,离散化：,其中：,所以：,29.05.2020,位置式：,增量式：,直接输出阀位指令。大部分的控制系统。,具有保持的执行机构接受。失电时du(t)=0,u不变，影响小。,29.05.2020,存储器：,main()floatkp,Ti,Td,T,KI,KD;floate3,u2;T=0.2;scanf(“%f,%f,%f”,编程实现：,课后作业1.3：PID控制编程实现，用MFC+6.0。受控对象分别采用二阶有自平衡和无自平衡。,29.05.2020,1.3各种PID的改进算法,（1）积分分离,思想：,，切除积分，采用PD调节，,；,，投入积分，采用PID调节，,；,（2）智能PID,当,与,同号，,小；,当,与,异号，,大；,提问：积分的目的？,29.05.2020,（3）实际微分的PID控制算法,离散化后：,29.05.2020,（1）,（2）,（3）,29.05.2020,实际微分PID编程实现：,main()floatKP,Ti,TD,Tf,T,KI,K1D,K2D,uPID;floatuPI2,e2,uD2;scanf(“%f,%f,%f”,uD0=uD1;,29.05.2020,1.4工程PID,29.05.2020,main()floatSP,PV,E，F，Li，Hi，TR；floatKp,Ti,TD,T,KI,KD;intTL;floate3,u2,u;T=0.2;KI=Kp*T/Ti;KD=Kp*TD/T;u0=u1=0;e