工业系统的PID控制76h

1、训练目的训练目的 理解开环控制和闭环控制。理解开环控制和闭环控制。 熟悉系统的性能指标。熟悉系统的性能指标。 理解理解PID控制的特点。控制的特点。 理解理解Kp、Ki和和Kd三个参数的作用。三个参数的作用。 掌握掌握PID控制的参数整定基本方法。控制的参数整定基本方法。设备与器材设备与器材 IPC-610工业控制计算机工业控制计算机 PCL-812PG数据采集控制板卡数据采集控制板卡 PCLD-880 REV. A1端子板端子板 20芯扁平电缆芯扁平电缆 自制二阶系统电路板自制二阶系统电路板 面包板面包板 电阻、电容若干电阻、电容若干 螺丝刀螺丝刀基本概念基本概念控制控制: :自动控制自动控

2、制：是指在没有人直接参与的条件下，利用控制是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置使被控对象按照预定的技术要求进行工作。装置使被控对象按照预定的技术要求进行工作。 自动控制系统自动控制系统：是指能够对被控对象的工作状态进行自是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，它由动控制的系统，它由被控对象被控对象和和控制装置控制装置组成。组成。自动控制系统自动控制系统按控制方式分按控制方式分：开环控制开环控制闭环控制闭环控制 使系统产生使系统产生期望的行为，期望的行为，或者使执行器或者使执行器按预定的规按预定的规律运行，且跟随过程中偏差要小律运行，且跟随过程中偏差要小。开环控制系统开环控制系统

3、开环控制系统开环控制系统: :系统的控制器与被控对象之间只有系统的控制器与被控对象之间只有顺向作用，没有反向作用，即系统的输出量对控顺向作用，没有反向作用，即系统的输出量对控制作用没有影响。制作用没有影响。方框图方框图开环控制系统结构及特点开环控制系统结构及特点控制器控制器被控对象被控对象设定输入设定输入r r控制输出控制输出u u扰动输入扰动输入被控量被控量 信息单方向流动，没有反馈；信息单方向流动，没有反馈； 有干扰时，被控量误差无法修正；有干扰时，被控量误差无法修正； 被控量多为被控量多为“有有”或或“无无”、“开关开关”或或“起停起停”等逻辑状等逻辑状态，一般都是开关控制，依顺序、时间

4、、布尔逻辑条件等给态，一般都是开关控制，依顺序、时间、布尔逻辑条件等给出控制信号；出控制信号； 用于系统模型精度高且参数稳定，或扰动影响不严重，或被用于系统模型精度高且参数稳定，或扰动影响不严重，或被控量精度要求低、或执行器的动作简单的对象。控量精度要求低、或执行器的动作简单的对象。开环控制系统举例开环控制系统举例 日常生活；日常生活； 电机转速开环控制系统：电机转速开环控制系统：开环控制系统举例开环控制系统举例被控制对象：炉子被控制对象：炉子被控制量（输出量）：炉被控制量（输出量）：炉温温控制装置：开关控制装置：开关K K和电热丝，和电热丝，对被控制量起控制作用。对被控制量起控制作用。开环控

5、制系统优缺点开环控制系统优缺点 优点优点：结构简单（不对被控对象的实际输：结构简单（不对被控对象的实际输出量进行测量）出量进行测量） 缺点：缺点：当干扰出现使输出量产生偏差时，系统没有自当干扰出现使输出量产生偏差时，系统没有自动修正偏差的能力；动修正偏差的能力；精度较差，不适合干扰很强的系统。精度较差，不适合干扰很强的系统。闭环控制系统闭环控制系统v闭环控制系统闭环控制系统系统的输出信号对控制作用产生系统的输出信号对控制作用产生影响的系统影响的系统v方框图方框图被控对象被控对象控制器控制器设定输入设定输入r控制输出控制输出u实际输出实际输出y反馈环节反馈环节偏差偏差e被控量被控量扰动输入扰动输

6、入闭环控制系统特点闭环控制系统特点被控对象被控对象控制器控制器设定输入设定输入r控制输出控制输出u实际输出实际输出y反馈环节反馈环节偏差偏差e被控量被控量扰动输入扰动输入闭环控制系统举例闭环控制系统举例人的活动；人的活动；家电：冰箱、空调等；家电：冰箱、空调等；电机转速闭环控制系统：电机转速闭环控制系统：水箱水位控制水箱水位控制闭环控制系统举例闭环控制系统举例闭环控制系统特点闭环控制系统特点存在信息反馈，信息流构成闭环回路；存在信息反馈，信息流构成闭环回路；一般基于误差对运动进行校正；一般基于误差对运动进行校正；控制对象一般为位置、速度、加速度、温度、控制对象一般为位置、速度、加速度、温度、压

7、力、流量等模拟量，有压力、流量等模拟量，有“度度”的概念，为数的概念，为数值控制。值控制。性能要求：响应速度、稳定性、精度；性能要求：响应速度、稳定性、精度；有的系统被控量难以通过测量获取，反馈通道有的系统被控量难以通过测量获取，反馈通道（即测量系统）对品质有重要影响。（即测量系统）对品质有重要影响。闭环控制系统优缺点闭环控制系统优缺点 优点优点：能够实现自动控制，控制精度高、能够实现自动控制，控制精度高、抗干扰能力强。抗干扰能力强。 缺点缺点：1.1.靠偏差进行控制，整个过程始终存在偏差；靠偏差进行控制，整个过程始终存在偏差；2.2.闭环系统一般较复杂，系统的性能分析和设计闭环系统一般较复杂

8、，系统的性能分析和设计较麻烦。较麻烦。3.3.负反馈对系统稳定性产生不利影响，易产生振负反馈对系统稳定性产生不利影响，易产生振荡。荡。 控制器的含义控制器的含义 控制器的本质：依据当前的状态（控制器的本质：依据当前的状态（实际输出量实际输出量y）求取最佳的控制量求取最佳的控制量u，使，使实际输出量实际输出量y更好地跟随更好地跟随设定输入设定输入r。以工控机为控制器的闭环控制系统以工控机为控制器的闭环控制系统采集卡 模型的分析模型的分析)()()(txtytydtdT)( 1)(ttxTtetty)( 1)(RC01234567891000.20.40.60.8101234567891000.5

9、11.52实现思路的分析实现思路的分析实现思路的分析实现思路的分析01234567891000.511.52设定值设定值If(e 设定值) U2Else U101234567891000.511.52实现思路的分析实现思路的分析（续）（续）训练内容训练内容注意：采样周期的选择注意：采样周期的选择 利用利用DRAWINGC.C程序可以观察不同幅值的阶程序可以观察不同幅值的阶跃输入下一阶系统的响应情况：跃输入下一阶系统的响应情况：1 1、请人为改变控制输出、请人为改变控制输出u u，即系统输入，即系统输入u ui i，观察系统，观察系统输出情况；输出情况；2 2、调整系统输入，使输出较快速度达到期

10、望值。、调整系统输入，使输出较快速度达到期望值。DIDOAD/DARC训练接线图训练接线图工业系统的工业系统的PIDPID控制控制第二讲第二讲回顾：开环控制系统回顾：开环控制系统 系统的控制器与被控对象之间只有顺向作系统的控制器与被控对象之间只有顺向作用，没有反向作用，即系统的输出量对控用，没有反向作用，即系统的输出量对控制作用没有影响。只靠输入量对输出量单制作用没有影响。只靠输入量对输出量单方向控制的系统称为方向控制的系统称为开环控制系统开环控制系统。 方框图方框图回顾：闭环控制系统回顾：闭环控制系统 系统的输出量对控制作用产生影响的系统系统的输出量对控制作用产生影响的系统称为称为闭环控制系

11、统闭环控制系统。 方框图方框图控制器依据控制器依据偏差决定控制信号偏差决定控制信号，闭环的作用是引入反馈来减少或消除偏差。，闭环的作用是引入反馈来减少或消除偏差。控制系统的品质控制系统的品质 稳定性稳定性是指被控量不发生大幅度、长时间的振荡，是指被控量不发生大幅度、长时间的振荡，即使有小幅振荡也应尽快衰减至零；即使有小幅振荡也应尽快衰减至零；（从阶跃响应（从阶跃响应上看应该是收敛的）上看应该是收敛的） 快速性快速性是希望被控量迅速达到设定值；是希望被控量迅速达到设定值；（上升时间）（上升时间） 如果系统被控量与设定值之间的偏差较小，就说如果系统被控量与设定值之间的偏差较小，就说系统的系统的准确

12、性准确性较好。较好。（稳态误差）（稳态误差） 控制系统的品质主要有：控制系统的品质主要有： 稳稳定性、定性、快快速性和速性和准准确性。确性。综合性能指标之一综合性能指标之一：绝对误差积分绝对误差积分IAEIAE0|tIAEe dt控制系统的品质和性能指标控制系统的品质和性能指标 稳、快、准稳、快、准累积误差越小，累积误差越小，控制效果越好。控制效果越好。启动快，但超调大启动快，但超调大且有较长时间的振荡且有较长时间的振荡低速爬行，但无低速爬行，但无超调和振荡超调和振荡快速且超调不大，无振快速且超调不大，无振荡，但稳态误差太大荡，但稳态误差太大快速且超调不大，无快速且超调不大，无振荡，无稳态误差

13、振荡，无稳态误差0|tIAEe dtIAE绝对误差积分绝对误差积分系统的输出响应系统的输出响应 一阶 二阶1.00.90.50.10ydtrtptstpM2 %t01234567891000.20.40.60.81系统的响应输出系统的响应输出 与系统本身的特性有关（阶数、固有频率、阻尼系数等）； 与输入信号有关； 其他因素控制器控制器控制器的含义控制器的含义 控制器的本质：依据当前的状态（实际量控制器的本质：依据当前的状态（实际量y y）求取求取最佳的控制量最佳的控制量u u，使实际量，使实际量y y更好地跟随设定值更好地跟随设定值r ryr-控制算法控制算法+eu对象对象y控制器控制器yru

14、01234567891000.511.52实现思路（对偏差的分析）实现思路（对偏差的分析）If(e 设定值) u2else u1设定值设定值实现思路（对偏差的变化率 和剩余偏差的分析）1.00.90.50.10ydtrtptstpM2%tPIDPID控制概述控制概述 定义：按照偏差的定义：按照偏差的比例、积分比例、积分和和微分微分进行控制，进行控制， 简称简称PIDPID控制。控制。 PIDPID控制是连续系统控制理论中技术最成熟，应控制是连续系统控制理论中技术最成熟，应用最广泛的一种控制技术。用最广泛的一种控制技术。 在很多情况下，不一定需要全部三个单元，可以在很多情况下，不一定需要全部三个

15、单元，可以取其中的一到两个单元。取其中的一到两个单元。PIDPID控制原理控制原理PIDPID控制器控制器+ -ruey pK iKedt + +0( )( )( )tpiddeu tK e tKe t dtKdte(t)=r(t)-y(t)控制器控制器dtdeKde比例控制的作用比例控制的作用 作用：作用：对对当前当前时刻的偏差信号时刻的偏差信号e(t) 进行放大或衰减后作进行放大或衰减后作为控制信号输出；为控制信号输出； 特点：特点：Kp越大系统的动态特性越好，主要表现为起动快，越大系统的动态特性越好，主要表现为起动快，但是对于有惯性的系统，但是对于有惯性的系统，Kp过大时会出现较大的超调

16、，过大时会出现较大的超调，甚至引起系统振荡，使系统稳定性变差；甚至引起系统振荡，使系统稳定性变差； 缺点：缺点：不能消除静态误差。不能消除静态误差。0( )( )( )tpiddeu tK e tKe t dtKdt积分控制的作用积分控制的作用 作用：作用：是是累积累积系统从零时刻起到当前的偏差信号系统从零时刻起到当前的偏差信号e e( (t t) )的的历史过程；历史过程； 特点：特点：与偏差与偏差e e( (t t) )存在全部时段有关，只要有足够的时存在全部时段有关，只要有足够的时间，积分控制将间，积分控制将能够消除静态误差能够消除静态误差； 缺点：缺点：不能不能及时及时地克服扰动的影响

17、。地克服扰动的影响。0( )( )( )tpiddeu tK e tKe t dtKdtPIPI控制器控制器 构成：构成：比例调节积分调节构成比例调节积分调节构成PI调节调节； 特点：特点：将将比例调节的快速性比例调节的快速性和和积分调节消除静积分调节消除静差差结合起来，改善系统特性；结合起来，改善系统特性； 缺点：缺点：当被控对象具有较大惯性时，当被控对象具有较大惯性时，PI调节无调节无法得到满意的调节品质。法得到满意的调节品质。微分控制的作用微分控制的作用 作用：作用：是由偏差信号是由偏差信号e(t)的当前变化率的当前变化率de/dt 预见预见随后的偏差将是随后的偏差将是增大还是减小、增减

18、的幅度如何。增大还是减小、增减的幅度如何。对于固定不变的偏差对于固定不变的偏差e(t)，微分，微分环节不起作用；环节不起作用； 特点：特点：只能在偏差刚刚出现时产生很大的控制作用，微分控制可只能在偏差刚刚出现时产生很大的控制作用，微分控制可以加快系统响应速度，减少调整时间，从而改善系统快速性，并以加快系统响应速度，减少调整时间，从而改善系统快速性，并有助于减小超调，克服振荡，从而提高系统稳定性；有助于减小超调，克服振荡，从而提高系统稳定性； 缺点：缺点：不能消除稳态误差。不能消除稳态误差。0( )( )( )tpiddeu tK e tKe t dtKdtPIDPID控制器的作用（控制器的作用

19、（小结小结） 比例控制比例控制能迅速反映误差，从而减小稳态误差。但是，比例能迅速反映误差，从而减小稳态误差。但是，比例控制控制不能消除稳态误差不能消除稳态误差。比例系数的加大，会引起系统的不。比例系数的加大，会引起系统的不稳定。稳定。 积分控制积分控制的作用是：只要系统有误差存在，积分控制器就不的作用是：只要系统有误差存在，积分控制器就不断地积累，输出控制量，以消除误差。因而，只要有足够的断地积累，输出控制量，以消除误差。因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，使系统误差为零，从而时间，积分控制将能完全消除误差，使系统误差为零，从而消除稳态误差消除稳态误差。积分作用太强会使系统超调加

20、大，甚至使系。积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。统出现振荡。 微分控制微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能，统的动态性能，但不能消除稳态误差。但不能消除稳态误差。确定控制器结构确定控制器结构 在选择在选择PIDPID参数之前，首先应该确定控制器结构。参数之前，首先应该确定控制器结构。 对允许有稳态误差的系统，可以适当选择对允许有稳态误差的系统，可以适当选择P P或或PDPD控制器，使控制器，使稳态误差

21、在允许的范围内。稳态误差在允许的范围内。 对必须消除稳态误差的系统，应选择包含积分控制的对必须消除稳态误差的系统，应选择包含积分控制的PIPI或或PIDPID控制器。控制器。 一般来说，一般来说，PIPI、PIDPID和和P P控制器应用较多。对于有滞后的控制器应用较多。对于有滞后的对象对象, ,往往都加入微分控制。往往都加入微分控制。PIDPID控制参数对控制性能的影响控制参数对控制性能的影响比例控制比例控制对控制性能的影响：对控制性能的影响： 对动态特性的影响对动态特性的影响： Kp加大，系统动作灵敏速度加快，加大，系统动作灵敏速度加快， Kp偏大，振荡次数增多，调节时间加长，偏大，振荡次

22、数增多，调节时间加长， Kp过大，系统过大，系统趋于不稳定，趋于不稳定， Kp太小，系统动作缓慢；太小，系统动作缓慢； 对稳态特性的影响对稳态特性的影响： Kp加大，在系统稳定情况下，可加大，在系统稳定情况下，可以减小稳态误差以减小稳态误差e，提高控制精度，但加大，提高控制精度，但加大Kp只能减小却只能减小却不能消除稳态误差不能消除稳态误差e。PIDPID控制参数对控制性能的影响控制参数对控制性能的影响积分控制积分控制对控制性能的影响：对控制性能的影响：v 对稳态特性的影响对稳态特性的影响： Ki能消除系统的稳态误差能消除系统的稳态误差e，提高，提高控制精度，但控制精度，但Ki太小，积分作用太

23、弱，以至不能减小稳态太小，积分作用太弱，以至不能减小稳态误差误差e。v 对动态特性的影响对动态特性的影响： Ki通常使系统的稳定性下降，通常使系统的稳定性下降，Ki太太大系统不稳定，大系统不稳定， Ki偏大振荡次数增多，偏大振荡次数增多， Ki太小对系统性太小对系统性能影响减少；能影响减少；PIDPID控制参数对控制性能的影响控制参数对控制性能的影响微分控制微分控制对控制性能的影响：对控制性能的影响： 微分控制可以改善动态特性，减少超调量，缩短调整微分控制可以改善动态特性，减少超调量，缩短调整时间；时间； Kd偏大，超调量较大，调整时间较长；偏大，超调量较大，调整时间较长； Kd偏小，超调量也

24、较大，调整时间也较长，只有合偏小，超调量也较大，调整时间也较长，只有合适才可以大得到比较满意的过渡过程。适才可以大得到比较满意的过渡过程。PIDPID控制参数的整定控制参数的整定实验法实验法：数学模型不明确或没有解析模型：数学模型不明确或没有解析模型试凑法试凑法：先比例、后积分、再微分：先比例、后积分、再微分经验法经验法：扩充临界比例度法、扩充响应曲线法、：扩充临界比例度法、扩充响应曲线法、归一参数整定法归一参数整定法试凑法整定试凑法整定PIDPID参数的步骤参数的步骤首先整定比例部分。首先整定比例部分。将比例系数将比例系数由小变大由小变大，并观察相应的系统响应，并观察相应的系统响应，直至得到

25、反应快、超调小的响应曲线。直至得到反应快、超调小的响应曲线。如果稳态误差已在允许范围内，如果稳态误差已在允许范围内，并且被控量能在超调衰减到最大超调的并且被控量能在超调衰减到最大超调的1/4(1/4(称为称为1/41/4衰减度衰减度) )时就已进时就已进入允许的稳态误差范围内，此时的入允许的稳态误差范围内，此时的K Kp p就较满意。就较满意。 （通常认为（通常认为1/41/4衰减度能兼顾快速性和稳定性。）衰减度能兼顾快速性和稳定性。）如果在比例调节的基础上系统的稳态误差不能满足设计要求，则必如果在比例调节的基础上系统的稳态误差不能满足设计要求，则必须加入积分环节。须加入积分环节。在整定时在整

26、定时先将积分系数设定到一个比较大的值先将积分系数设定到一个比较大的值，然然后将已经调节好的比例系数略为缩小后将已经调节好的比例系数略为缩小( (一般缩小为原值的一般缩小为原值的0.8)0.8)，然后然后减小积分系数减小积分系数，使得系统在保持良好动态性能的情况下，稳态误差得，使得系统在保持良好动态性能的情况下，稳态误差得到消除。到消除。在此过程中，可根据系统的响应曲线的好坏反复改变比例系在此过程中，可根据系统的响应曲线的好坏反复改变比例系数和积分系数，以期得到满意的控制过程和整定参数。数和积分系数，以期得到满意的控制过程和整定参数。如果在上述调整过程中对系统的动态过程反复调整还不能得到满意如果

27、在上述调整过程中对系统的动态过程反复调整还不能得到满意的结果，则可以加入微分环节。的结果，则可以加入微分环节。首先把微分系数设置为首先把微分系数设置为0 0，在上述基础，在上述基础上上逐渐增加微分系数逐渐增加微分系数，同时相应的改变比例系数和积分系数，同时相应的改变比例系数和积分系数，逐步凑逐步凑试，直至得到满意的调节效果。试，直至得到满意的调节效果。注意：能够达到满意的参数组合不是唯一的。注意：能够达到满意的参数组合不是唯一的。PIDPID控制参数的整定控制参数的整定 试凑法试凑法（小结）（小结） 在单位阶跃设定下进行，先比例、后积分、再微分。在单位阶跃设定下进行，先比例、后积分、再微分。目

28、标目标：稳、快、准稳、快、准K Kp p：由小变大由小变大，观察系统的阶跃响应，兼顾，观察系统的阶跃响应，兼顾响应快，超调响应快，超调小小，并使系统并使系统稳态误差稳态误差在允许范围之内；在允许范围之内；K Ki i ：先给一个较大的先给一个较大的K Ki i值值，略微减小，略微减小K Kp p，然后逐步减小，然后逐步减小K Ki i，直到直到消除稳态误差消除稳态误差；K Kd d：如果如果KiKi使系统动态性能下降，加入使系统动态性能下降，加入很小的很小的K Kd d，视动态，视动态性能的概述情况，逐次增大性能的概述情况，逐次增大K Kd d，可以稍微调整，可以稍微调整K Kp p和和K K

29、i i。KpKi快、稳快、稳Kp由小到大由小到大准准消除稳态误差消除稳态误差Ki由大到小，由大到小，稍微减小稍微减小KpKd改善动态品质改善动态品质Kd给一个很小的值给一个很小的值PIDPID控制参数的整定控制参数的整定 试凑法试凑法（小结）（小结）训练内容训练内容2-12-1利用桌面利用桌面数字仿真课件数字仿真课件（fifawc.ico)fifawc.ico)： 1 1、一阶系统、一阶系统PIDPID控制数字仿真；控制数字仿真； 2 2、二阶系统、二阶系统PIDPID控制数字仿真。控制数字仿真。理解：理解：KpKp、KiKi、KdKd三个参数的作用。三个参数的作用。注：若桌面无注：若桌面无f

30、ifawc.icofifawc.ico, ,请运行请运行E:E:第二层次第二层次PIDPID控制实验安装程序。控制实验安装程序。训练内容训练内容2-22-2 利用利用testtest观察在适当的采样周期观察在适当的采样周期Ts下，下，取不同的比例系数取不同的比例系数K Kp p、积分系数、积分系数K Ki i和微分系和微分系数数K Kd d，观察控制：，观察控制：1 1、一阶系统一阶系统响应的情况；响应的情况；2 2、二阶系统二阶系统响应的情况。响应的情况。DIDOAD/DARC训练接线图训练接线图（一阶系统）（一阶系统）DIDOAD/DA训练接线图训练接线图（二阶系统）（二阶系统）直直流流稳

31、稳压压电电源源工业系统的工业系统的PIDPID控制控制第三讲第三讲“PC“PC采集卡采集卡”下的下的PIDPID控制系统控制系统y(t)r-+y(k)e(k)u(t)对象对象PID算法算法D/AA/D计算机计算机采集卡采集卡u(k)PID算法的数字化算法的数字化0( )( )( )tpiddeu tK e tKe t dtKdt数字数字PIDPID控制控制位置型位置型dttdeKdtteKteKtudip)()()()() 1()()()()(keketdeTkTedtteTdtkTtsssssknstTkekedttdeTnedtte) 1()()()()(00sdknsipTkekeKTn

32、eKkeKku) 1()()()()(0数字数字PIDPID控制控制位置型位置型（续）（续） 缺点缺点：计算量大，抗干扰能力差：计算量大，抗干扰能力差在位置型算式中，在位置型算式中，每次输出与过去的所有状态每次输出与过去的所有状态有关，有关，要计算机对偏差要计算机对偏差e e进行不断地累加，计进行不断地累加，计算量大；算量大；当计算机发生任何故障时，会造成输出量的变当计算机发生任何故障时，会造成输出量的变化，对工业系统的安全生产带来严重后果。化，对工业系统的安全生产带来严重后果。数字数字PIDPID控制控制增量型增量型sdknsipTkekeKTneKkeKku) 1()()()()(0sdk

33、nsipTkekeKTneKkeKku)2() 1()() 1() 1(10) 1()()(kukuku)2() 1(2)()()1()()(kekekeTKkeTKkekeKkusdsip数字数字PIDPID控制控制增量型增量型（续）（续） 优点：优点：计算机每次只计算控制增量，计算量小，且机计算机每次只计算控制增量，计算量小，且机器故障对工业系统造成的影响范围小；器故障对工业系统造成的影响范围小；算式中不需要累加，控制增量的确定仅仅与最算式中不需要累加，控制增量的确定仅仅与最近几次的采样值有关，容易获得比较好的控制近几次的采样值有关，容易获得比较好的控制效果；效果；即使计算机发生故障，误动

34、作幅度不会很大。即使计算机发生故障，误动作幅度不会很大。sdknsipTkekeKTneKkeKku) 1()()()()(0)2() 1(2)()()1()()(kekekeTKkeTKkekeKkusdsip位置式：位置式：增量式：增量式：diids SKKKTKT( ) ( )(1 )( ) ( ) 2(1 )(2)pidukK ek ekKekK ekekek pid0( )( )( )( )(1)knu kK e kKe nKe ke k令：采样周期的选择采样周期的选择 采样频率足够高采样频率足够高符合采样定理符合采样定理采样周期远小于系统时间常数采样周期远小于系统时间常数 采样周期

35、不能过短采样周期不能过短采样周期过短，造成相邻采样周期过短，造成相邻2 2次采样信号数值过于接近，次采样信号数值过于接近，处理器运算精度无法区分，控制反而不起作用；处理器运算精度无法区分，控制反而不起作用；过短的采样周期使积分项过小，微分项过大，此时一般过短的采样周期使积分项过小，微分项过大，此时一般可以采用可以采用PIPI控制（控制（K Kd d = 0= 0）；）；采样周期过短，造成计算量太大；采样周期过短，造成计算量太大；受计算机字长和速度的限制。受计算机字长和速度的限制。 综合上述各因素，选择采样周期，应在满足控综合上述各因素，选择采样周期，应在满足控制系统的性能要求的条件下，制系统的

36、性能要求的条件下， 尽可能地选择低的尽可能地选择低的采样速率。采样速率。受控对象受控对象reuy+_PIDPID位置算法位置算法测量、反馈环节测量、反馈环节)1()()()()(0kekeKneKkeKkudknip位置型位置型PIDPID控制简化控制方框图：控制简化控制方框图：数字数字PIDPID控制程序流程图控制程序流程图( (位置式）位置式）开始开始r、u、y、e等变量初始化等变量初始化Kp、ki、kd赋值赋值从从A/D读取读取y(t)求求e(k)=r(k)-y(k)计算控制量计算控制量U(k)=kpU(k)=kp* *e(k)+kie(k)+ki* *sum_e+kdsum_e+kd*

37、 *(e(k)-e(k-1)(e(k)-e(k-1)将控制量将控制量u(k)由由D/A输出输出为下一时刻作准备为下一时刻作准备采样时间到？采样时间到？被被控控对对象象D/AA/DNYPIDPID控制位置型编程实现控制位置型编程实现1 1main()main() int i, t, da_out;int i, t, da_out;double x200, y200, e1, e2, Ey, u,sum_e;double x200, y200, e1, e2, Ey, u,sum_e;double kp, ki, kd;double kp, ki, kd;t=0; da_out=0; kp=?;

38、ki=?; kd=?;t=0; da_out=0; kp=?; ki=?; kd=?;Ey=Ey=5.05.0; ; /期望为期望为5.05.0e1=Ey-0.0; e2=0.0; sum_e=e1;e1=Ey-0.0; e2=0.0; sum_e=e1;DA(0,0);DA(0,0); /清零清零PIDPID控制位置型编程实现控制位置型编程实现2 2for (i=0;i200;i+)for (i=0;i10.0) u=10.0;if (u10.0) u=10.0;if (u0.0) u=0.0;if (u0.0) u=0.0;da_out=(int)(u/10.0da_out=(int)(u

39、/10.0* *4095.0);4095.0);DA(0,da_out); DA(0,da_out); xi=i; xi=i; yi=AD(10)/4095.0 yi=AD(10)/4095.0* *20.0-10.0;20.0-10.0;e2=e1; e1=Ey-yi; sum_e=sum_e+e1;e2=e1; e1=Ey-yi; sum_e=sum_e+e1;delay(t);delay(t); /延时延时 计算控制输出计算控制输出)1()()()()(0kekeKneKkeKkudknipPIDPID控制位置型编程实现控制位置型编程实现3 3 /初始化图像设备初始化图像设备 auto_

40、initgraph();auto_initgraph(); / /画图画图 draw_curve(x, y, 200, 10.0, 1);draw_curve(x, y, 200, 10.0, 1); getch(); getch(); closegraph(); / closegraph(); /关闭图像设备关闭图像设备 数字数字PIDPID控制程序流程图控制程序流程图( (增量式）增量式）开始开始r、u、y、e等变量初始化等变量初始化Kp、ki、kd赋值赋值从从A/D读取读取y(t)求求e(k)=r(k)-y(k)计算控制增量计算控制增量u(k)=kp*e(k)-e(k-1)+ki*e(k)+kd*e(k)-2e(k-1)+e(k-2)将控制量将控制量u由由D/A输出输出为下一时刻作准备为下一时刻作准备采样时间到？采样时间到？被被控控对对象象D/AA/DNYmain()main() int i, t, da_out;int i, t, da_out;double x200, y20