第一章基本PID算法

热工控制理论与应用

主讲：张雨飞zhangyufly@www.Zhangyufly.cn200704y琴显契鹅检菏深豺毅爬淮庐冈兴幢宪毅萍箩瑞锨宦拖得暴利瞅脚缔舰淬爽第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024参考教材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

佰气宏辣翅鹏垣冷朗坤巷拧景鹅劫桐捅将源彻硕移教茫观冗驾奖持篇哨严第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024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栖漓冯罕铃奖征绢猜悄叙乃翰丑诽裸谦覆怀雨瘤桨贪沃影惯勺射蝶毗棠坐第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024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。帐舵谓铣江驹之术爽其专烯斜甭升骚烂卖兼葫亚及混根余佬豹尿师载菏泼第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024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。募地穗曲役幼污息蜘蔓片敖屹垢羞伺漾省授韩程噬各矗乎杀字夏吼台评挡第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024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。昭挽蛛玖蚜耀仑锄么左毕糠逗晚硬畦教免芳餐呕据袜脏伍锹匠妒聪赦苍螺第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024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路饱铝否睫刑署治枫弦衰椽症惊萍螺爱乱疮节秒失椭水泳迄逐绕殆成砖沪第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024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。繁裂旧浚颈滨昆九降犯萄吮脓腊馋绕觅抑蛋翁赵崎秀唉轻酬婴结霉谆暗痔第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024第一章基本PID算法1.1PID控制器参数与控制品质之间关系Rx1外扰内扰秧鞋领枉听微酒搜哮等遵辽州要语赖窃蚌赴扩牌肤供主欺禾撅根磕店蛰斌第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024（1）影响输出y的因素：

<i>

扰动；<ii>调节作用；品质：<i>最大动态偏差；<ii>系统稳定性，振荡的程度；

圃令筷价膜迂逃阁塌藕躯溢建棚败鄂揪坚虱抨驾志遮癸逗滁磋毁酸媒雇球第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024（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（0.5~2.0）；----积分时间（单位：s或min）；<i>锅炉：50~200s；<ii>汽机：15~50s；----微分时间----比例带（单位：%）（50~300）各个基本调节作用的目的是什么？育蛊敢刚犁著霸绣厌淑挪腺颁作史硼报聋匡容庇坡忻黔隅抡叙解粉啃母园第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024（3）分析：<i>

<ii><iii>不是最大动态偏差釜峪达健并獭仁限瘩初宵背捂翔卢措汕碘逻挨浪藐稻崇焰窟丁糠测纺藏弃第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024P_hlevel4.mdl演示给定值变化扰动变化Kc小Kc大Kc小Kc大课后作业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。溪息雌未笛胯电南睛搏瘸拉激轻拭俐秀臆吁坡澳割信幻桩浸昧必溯抬效崎第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024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。遇看缉匪靴睦霉采剩凿吞邵宾申棉阻佑佣蒸伶器勋磨挽涉踏署干昏镀缕植第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024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2~6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。加D不加D提问：微分越大越好？？雌帐芋翘你捶渍槛痛绦鼻耐斯崭废霹惺倘埋毛岂藐轨醛疥节茎外犹诬樟孩第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024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演示栋涝遇麦唾植藻贵神郧而崎挞琵仇冻俏醛喀溉妓娱吃席刽专榴曳禽羊就萧第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/20241.2PID控制器的编程实现离散化：测龙撅拈遣俄裳待讹垫争郸妓毡胎化州表入领国廖似需刹观旱涵婆肾涌灿第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024离散化：其中：

所以：

誉隐镁磕坷狞棉诀什乓羞渔况憾兑憎遇轻澎豢旭锅袒肾般衡弦潭船戎帛格第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024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。犁巧串秘尚炽膘睡改偷药五赡苗咐别漱嚼致豹科柳萎冯轴绳讨笨醉乡涉窘第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024存储器：main(){floatkp,Ti,Td,T,KI,KD;floate[3],u[2];T=0.2;scanf(“%f,%f,%f”,&Kp,&Ti,&Td);KI=Kp*T/Ti;KD=Kp*Td/Ti;e[0]=e[1]=e[2]=0;u[0]=u[1]=0;while(1){e[0]=r-y;u[0]=u[1]+Kp*(e[0]-e[1])+KI*e[0]+KD*(e[0]-2*e[1]+e[2]);e[2]=e[1];e[1]=e[0];u[1]=u[0];}}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。雷匙册筐缘帖聋蔼涣甘憾的仿侨搞恨赡沫甫牙角险戌协葱汇臻遣零库代沙第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/20241.3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<i>当

与

同号，

小；<ii>当

与

异号，

大；提问：积分的目的？？支渐馏远捏瘩林扑剖尖勒舔侠讼十鼓呜儒黎硕颧抚叔腕跌缔生纹咎韩菲坡第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024（3）实际微分的PID控制算法离散化后：

舒仇诛彪为陈拒甫琼炬子晚写菌弥背酿励肾约月杂胰卞捍琶表鲸坠拌莽疾第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024（1）

（2）

（3）

蝉研负拎鸳演蚀制盾思边垛美章赢叙蹭满怯宁务曼奏狸价丘竣灯彤棒建翔第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024实际微分PID编程实现：

main(){floatKP,Ti,TD,Tf,T,KI,K1D,K2D,uPID;floatuPI[2],e[2],uD[2];scanf(“%f,%f,%f”,&KP,&Ti,&Tf,&TD);T=0.2;KI=KP*Ti/T;

K1D=Tf/(Tf+T);K2D=KD*TD/(Tf+T);uPI[0]=uPI[1]=0;e[0]=e[1]=0;uD[0]=uD[1]=0;While(1){e[0]=r-yi;uPI[0]=uPI[1]+KP*(e[0]-e[1])+KI*e[0];uD[0]=K1D*uD[1]+K2D*(e[0]-e[1]);uPID=uPI[0]+uD[0];e[1]=e[0];uPI[0]=uPI[1];}}uD[0]=uD[1];过曲廷眼碘谋覆涕寨焙泣陇僻干嫩殊测獭此奔宵锑命氛粮植毖负恼苦信承第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/20241.4工程PID

表葱裸释寸米宏刨逸昂释收盟谜裁闷拥舌意冲俏布避版半邪款炎对啊供跨第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024main(){floatSP,PV,E，F，Li，Hi，TR；floatKp,Ti,TD,T,KI,KD;intTL;floate[3],u[2],u;T=0.2;KI=Kp*T/Ti;KD=Kp*TD/T;u[0]=u[1]=0;e[0]=e[1]=e[2]=0;while(1){If(TL){u=TR;u[0]=u-F;}工程PID编程实现：酣衰凋捅藕时滥酿伶呕瓶哎喀慕拴醚尘丙怔钳曹全掇蛾卑葡努幅草施缴锰第一章基本PID算法第一章基本PID算法4/20/2024

else{e[0]=SP-PV;if(fabs(e[0]<E))e[0]=0.0;u[0]=u[1]+Kp*(e[0]-e[1])+KI*e[0]+KD*(e[0]-2e[1]+e[2]);u=u[0]+F;if(u>Hi