计算机控制数字PID控制算法.ppt

2024/5/8 2024/5/8 周三周三1 1 第4章 Chapter 4数字PID控制算法 Data PID Control Arithmetic各位同仁，有需要帮助的，可以跟我联系。加我各位同仁，有需要帮助的，可以跟我联系。加我QQQQ就行，具体的联系方式在店铺里，大家要多多就行，具体的联系方式在店铺里，大家要多多关注一下我的店铺哦！关注一下我的店铺哦！PIDPID算法很简单的，我是学自动控制的，算法很简单的，我是学自动控制的，PID PID 算法算法我用的很多，有什么不明白的地方，与我联系。我用的很多，有什么不明白的地方，与我联系。【电子设计大赛专营店电子设计大赛专营店】网址：网址：http:/ 另外，你们如果有什么需要的部件，可以联系我，我帮你们统一订购。2024/5/8 2024/5/8 周三周三2 22024/5/8 2024/5/8 周三周三3 3引言在过程控制中，PID控制算法是应用最为广泛的一种控制规律。它具有原理简单、易于实现、鲁棒性强和适用面广等优点，在计算机用于生产过程控制以前，模拟PlD调节器几乎一直占垄断地位。计算机的出现和它在过程控制中的应用使这种情况开始有所改变。2024/5/8 2024/5/8 周三周三4 4近20年来相继出现一批复杂的，只有计算机才能实现的控制算法。然而，目前即使在过程计算机控制中，PID控制仍然是应用最广泛的控制算法。不过，用计算机实现PID控制，就不仅仅是简单地把PID控制规律数字化，而是进一步与计算机的逻辑判断功能结合起来，使PID控制更加灵活多样，更能满足生产过程提出的各种要求。2024/5/8 2024/5/8 周三周三5 5本章主要内容4.1 概述4.2 准连续PID控制算法4.3 对标准PID算法的改进4.4 干扰的抑制4.5 PID调节器参数的选择4.6 本章总结 2024/5/8 2024/5/8 周三周三6 6第一节 Unit 1 概述 2024/5/8 2024/5/8 周三周三7 7概述按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器简称为PID（Proportional-Integral-Differential）调节器PID调节是连续系统中技术最成熟、应用最广泛的一种调节方式，其调节的实质是根据输入的偏差值，按比例、积分、微分的函数关系进行运算，其运算结果用于输出控制。在实际应用中，根据具体情况，可以灵活地改变PID的结构，取其一部分进行控制2024/5/8 2024/5/8 周三周三8 8PID：Proportional Integral DerivativePID控制：对偏差信号e(t)进行比例、积分和微分运算变换 后形成的一种控制规律。“利用偏差、消除偏差”PID控制器的输入输出关系为：在很多情形下，PID 控制并不一定需要全部的三项控制作用，而是可以方便灵活地改变控制策略，实施P、PI、PD 或PID 控制。PIDG（S）yryoeu2024/5/8 2024/5/8 周三周三9 9概述（2）PID调节器的优点 技术成熟技术成熟 易被人们熟悉和掌握易被人们熟悉和掌握 不需要建立数学模型不需要建立数学模型 控制效果好控制效果好2024/5/8 2024/5/8 周三周三1010概述（3）PID控制实现的控制方式 模拟方式：用电子电路调节器，在调节器中，将被测信号与给定值比较，然后把比较出的差值经PID电路运算后送到执行机构，改变给进量，达到调节之目的。数字方式：用计算机进行PID运算，将计算结果转换成模拟量，输出去控制执行机构。2024/5/8 2024/5/8 周三周三1111第二节 Unit 2准连续PID控制算法 2024/5/8 2024/5/8 周三周三1212准连续PID控制算法模拟PID调节器2024/5/8 2024/5/8 周三周三1313P（比例）控制 准连续PID控制算法（2）其中：其中：比例系数比例系数R2R1e(t)u(t)-+2024/5/8 2024/5/8 周三周三1414 P控制对系统性能的影响：迅速反应误差Kp1时：a.开环增益加大，稳态误差减小；b.幅值穿越频率增大，过渡过程时间缩短；c.系统稳定程度变差。Kp1时，对系统性能的影响正好相反。2024/5/8 2024/5/8 周三周三1515准连续PID控制算法（3）比例积分调节器比例积分调节器其中：其中：积分时间常数积分时间常数特点：无静差控制，但容易引起超调，甚至出现振荡，Ti增大，则积分作用弱，将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性；对于滞后较小的对象，Ti可选的小一些，如流量、压力等对滞后较大的对象，Ti可选得大些，如温度等 2024/5/8 2024/5/8 周三周三1616（积分）控制 CRe(t)u(t)-+2024/5/8 2024/5/8 周三周三1717准连续PID控制算法（4）比例微分调节器比例微分调节器其中：其中：微分时间常数微分时间常数微分作用：减小超调，克服振荡，提高稳定性，改善系统动态特性注意 u0为偏差 e=0 时的调节器输出,又称之为稳态工作点稳态工作点。2024/5/8 2024/5/8 周三周三1818D（微分）控制 RCui(t)uo(t)-+2024/5/8 2024/5/8 周三周三1919准连续PID控制算法（5）比例积分微分调节器比例积分微分调节器特点：微分作用的引入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。这将加快系统的动作速度，减小调整时间，从而改善了系统的动态性能。实际上，微分作用的引入降低了系统抗干扰能力，尤其是高频尖峰干扰情况更严重，所以一般 不选太大。2024/5/8 2024/5/8 周三周三2020参数选值范围受限制。如由RC决定，C的取值有限制，所以不可能太大参数在线修改困难很难和智能控制、系统辨识及自适应控制结合形成更好的控制算法模拟PID调节器三大缺陷：2024/5/8 2024/5/8 周三周三2121准连续PID控制算法（6）数字PID控制算法 用数值逼近的方法实现用数值逼近的方法实现PIDPID控制规律控制规律 数值逼近的方法：用求和代替积分、用后向差数值逼近的方法：用求和代替积分、用后向差分代替微分，使模拟分代替微分，使模拟PIDPID离散化为差分方程离散化为差分方程 两种形式：位置式、增量式两种形式：位置式、增量式2024/5/8 2024/5/8 周三周三2222离散化方法：在计算机控制系统中使用的是数字PID 调节器，就是对 u(t)式子离散化，离散化时，令：上式中:T 采样周期 K 为采样序号。显然，上述离散化过程中，采样周期 T 必须足够短，才能保证有足够的精度。准连续PID控制算法（6）2024/5/8 2024/5/8 周三周三2323准连续PID控制算法（7）位置式PID控制算法位置式控制算法提供执行机构的位置uk，需要累计ek2024/5/8 2024/5/8 周三周三2424准连续PID控制算法（8）增量式增量式PIDPID控制算法控制算法增量式控制算法提供执行机构的增量uk，只需要保持现时以前3个时刻的偏差值即可2024/5/8 2024/5/8 周三周三2525准连续PID控制算法（9）位置式与增量式PID控制算法的比较2024/5/8 2024/5/8 周三周三2626准连续PID控制算法（10）增量式算法不需做累加，计算误差和计算精度问题对控制量的计算影响较小；位置式算法要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累计误差。控制从手动切换到自动时，位置式算法必须先将计算机的输出值置为原始值 u0 时，才能保证无冲击切换；增量式算法与原始值无关，易于实现手动到自动的无冲击切换。在实际应用中，应根据被控对象的实际情况加以选择。一般认为，在以闸门或伺服电机作为执行器件，或对控制精度要求较高的系统中，应当采用位置式算法；而在以步进电机或多圈电位器作执行器件的系统中，则应采用增量式算法。2024/5/8 2024/5/8 周三周三2727位置式PID数字调节器 的输出 u(k)是全量输出，是执行机构所应达到的位置(如阀门的开度)，计算机的故障有可能使u(k)作大幅度的变化，这种情况往往是生产实践中不允许的，而且有些场合可能会造成严重的事故。位置式PID数字调节器 除本身安全性、相对控制精度外，在PID 位置控制算式中存在累加，不仅要占用许多存储单元，也不利于编写程序及执行速度。2024/5/8 2024/5/8 周三周三2828准连续PID控制算法（11）位置式PID控制算法的程序设计 思路：将三项拆开，并应用递推进行编程 比例输出 积分输出 微分输出 KI Kp/Ti积分系数 Kd Kp*Td微分系数 2024/5/8 2024/5/8 周三周三2929准连续PID控制算法（12）增量式增量式PIDPID控制算法的程序设计控制算法的程序设计 初始化时，需首先置入调节参数d0，d1，d2和设定值w，并设置误差初值ei=ei1=ei2=0 2024/5/8 2024/5/8 周三周三3030第三节 Unit 3 对标准PID算法的改进 2024/5/8 2024/5/8 周三周三3131数字PID控制是应用最普遍的一种控制规律，人们在实践中不断总结经验，不断改进，使得PID控制日臻完善。下面介绍几种数字PID的改进算法：积分分离算法不完全微分算法带死区的PID算法2024/5/8 2024/5/8 周三周三3232数字PID算法的改进饱和作用饱和作用 实际系统中,执行元件总受机械和物理性能等的限制,往往有一个有限范围:若计算机计算出的控制量超出上述范围,即进入执行元件的饱和区,那么实际执行的控制量就不再是计算值,由此将得不到期望的效果,称为饱和效应.这类现象在给定值发生突变时特别容易发生,有时也称为启动效应.位置式PID算法的积分饱和作用 增量式PID的饱和作用2024/5/8 2024/5/8 周三周三3333数字PID算法的改进位置式PID算法的积分饱和作用影响：饱和引起输出超调，甚至产生震荡，使系统不稳定改进方法：遇限削弱积分法、积分分离法、有限偏差法2024/5/8 2024/5/8 周三周三3434对标准PID算法的改进（2）遇限削弱积分法 基本思想：一旦控制量进入饱和区，则停止进行增大积分的运算。2024/5/8 2024/5/8 周三周三3535对标准PID算法的改进（3）积分分离法积分分离法 思路：当被控量和给定值偏差大时，取消积分控制，以免超调量过大；当被控量和给定值接近时，积分控制投入，消除静差。2024/5/8 2024/5/8 周三周三3636对标准PID算法的改进（4）有效偏差法 思路：当算出的控制量超出限制范围时，将相应的这一控制量的偏差值作为有效偏差值进行积分，而不是将实际偏差值进行积分。2024/5/8 2024/5/8 周三周三3737对标准PID算法的改进（5）增量式PID算法的饱和作用：对于增量式PID算法，由于执行机构本身是存储元件，在算法中没有积分累积，所以不容易产生积分饱和现象，但可能出现比例和微分饱和现象，其表现形式不是超调，而是减慢动态过程2024/5/8 2024/5/8 周三周三3838对标准PID算法的改进（6）纠正比例和微分饱和的办法之一是采用积累补偿法，其基本思想是将那些因饱和而未能执行的增量信息积累起来，一旦可能时，再补充执行2024/5/8 2024/5/8 周三周三可编辑修改可编辑修改39392024/5/8 2024/5/8 周三周三4040对标准PID算法的改进（7）不完全微分的PID：纠正微分项引起的控制过程振荡,调节品质下降。其微分作用是逐渐下降，使系统变化缓慢，故不易引起振荡。不完全微分不完全微分PIDPID算法传递函数为算法传递函数为:2024/5/8 2024/5/8 周三周三4141不完全微分的PID算式为：2024/5/8 2024/5/8 周三周三4242对标准PID算法的改进（8）纯滞后补偿算法 有纯滞后的常规反馈控制回路 系统闭环传递函数为 系统的特征方程中包含有 ，因此会使系统的稳定性下降 2024/5/8 2024/5/8 周三周三4343对标准PID算法的改进（9）Smith预测器虚线部分是带纯滞后补偿的调节器，其传递函数为经过纯滞后补偿控制，系统的闭环传递函数为2024/5/8 2024/5/8 周三周三4444对标准PID算法的改进（10）具有纯滞后补偿的数字PID控制器 许多工业对象可以用一阶惯性环节和纯滞后环节表示：因此预估器的传函为：2024/5/8 2024/5/8 周三周三4545对标准PID算法的改进（11）纯滞后补偿控制算法步骤：(1)计算反馈回路偏差 ：(2)计算施密斯预估器的输出 ：先写成微分形式再转换为相应的差分方程式：其中 ，(3)计算反馈回路偏差 ：(4)计算PID控制器输出 ：2024/5/8 2024/5/8 周三周三4646对标准PID算法的改进（12）优点（与普通PID相比）：实现了用比例作用消除大偏差，用积分作用消除小偏差的理想调节特性，从而完全消除了积分饱和现象 大大减小了超调量，可以很容易地使系统稳定，改善了调节特品质 适应能力强，一些用常规PID控制不理想的过程可以采用此种算法 参数整定容易，各参数间的相互影响小 与积分分离的比较：二者很类似，但调节方式不同。积分分离对积分项采用“开关”控制，而变速积分则是根据误差的大小改变积分项速度，属线性控制。因而，后者调节品质大为提高，是一种新型的PID控制2024/5/8 2024/5/8 周三周三4747对标准PID算法的改进（13）时间最优PID控制 最优控制的含义：某个指标最优 Bang-Bang控制：开关控制，对|u(t)|1，采用一定的方法在1，1间切换，使时间最短 时间最优PID控制：Bang-Bang控制和PID控制相结合2024/5/8 2024/5/8 周三周三4848对标准PID算法的改进（14）参数自寻优PID控制 为评价PID的最佳调节，通常用以下各种积分型性能指标作为最优性能指标：过程：首先根据所确定的性能指标，按照使J为极值的原则，求出PID的三个参数KP、TI、TD的最优值，然后整定PID控制器2024/5/8 2024/5/8 周三周三4949对标准PID算法的改进（15）自适应PID控制 自适应控制+PID控制 模糊PID控制 模糊控制+PID控制 PID专家控制系统 专家系统+PID控制2024/5/8 2024/5/8 周三周三5050第四节 Unit 4 干扰的抑制 2024/5/8 2024/5/8 周三周三5151干扰的抑制干扰的抑制 从系统硬件及环境方面采取措施从系统硬件及环境方面采取措施 在软件上采取措施在软件上采取措施 数字滤波方法数字滤波方法 修改微分项修改微分项 2024/5/8 2024/5/8 周三周三5252干扰的抑制（2）数字滤波方法数字滤波方法 通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重，也即是一种程序滤波或软件滤波 优点 用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好 可以对频率很低(如0.01Hz)的信号实现滤波 可根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点 2024/5/8 2024/5/8 周三周三5353干扰的抑制（3）程序判断滤波程序判断滤波 方法：方法：根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现的最大偏差。若超过此偏差，则表明该信号是可能出现的最大偏差。若超过此偏差，则表明该信号是干扰信号，应该去掉；如小于此偏差，则将该信号作为干扰信号，应该去掉；如小于此偏差，则将该信号作为本次的采样值本次的采样值 作用：作用：用于滤掉由于大功率设备的启停所造成的电流用于滤掉由于大功率设备的启停所造成的电流尖峰干扰或误检测，以及变送器不稳定而引起的严重失尖峰干扰或误检测，以及变送器不稳定而引起的严重失真等真等 程序判断滤波分为限幅滤波和限速滤波两种程序判断滤波分为限幅滤波和限速滤波两种2024/5/8 2024/5/8 周三周三5454干扰的抑制（4）（1 1）限幅滤波限幅滤波 若若|Y(k)-Y(k-1)|Y|Y(k)-Y(k-1)|Y，则，则Y(k)=Y(k)Y(k)=Y(k)，取本次采样值，取本次采样值 若若|Y(k)-Y(k-1)|Y|Y(k)-Y(k-1)|Y，则，则Y(k)=Y(k-1)Y(k)=Y(k-1)，取上次采样值，取上次采样值（2 2）限速滤波限速滤波 设顺序采样所得到的数据分别为设顺序采样所得到的数据分别为Y(1)Y(1)、Y(2)Y(2)、Y(3)Y(3)当当|Y(2)-Y(1)|Y|Y(2)-Y(1)|Y 时，采用时，采用Y(2)Y(2)当当|Y(2)-Y(1)|Y|Y(2)-Y(1)|Y 时，不采用时，不采用Y(2)Y(2)，但保留，继续采样取得，但保留，继续采样取得Y(3)Y(3)当当|Y(3)-Y(2)|Y|Y(3)-Y(2)|Y 时，采用时，采用Y(3)Y(3)当当|Y(3)-Y(2)|Y|Y(3)-Y(2)|Y 时，取时，取(Y(3)+Y(2)/2(Y(3)+Y(2)/2为采样值为采样值2024/5/8 2024/5/8 周三周三5555干扰的抑制（5）中值滤波中值滤波 方法：方法：将被测参数连续采样将被测参数连续采样NN次（一般次（一般NN为奇数），为奇数），然后把采样值按大小顺序排列，再取中间值作为本次的然后把采样值按大小顺序排列，再取中间值作为本次的采样值采样值 作用：作用：中值滤波能有效地去除偶然因素引起的波动，中值滤波能有效地去除偶然因素引起的波动，采样开关或采样开关或A/DA/D转换器等工作不稳定造成的脉冲干扰，转换器等工作不稳定造成的脉冲干扰，对变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果，但不适合快对变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果，但不适合快速变化快的过程参数速变化快的过程参数2024/5/8 2024/5/8 周三周三5656干扰的抑制（6）算术平均滤波算术平均滤波 方法：方法：在一个采样期内，对信号在一个采样期内，对信号 x x 的的 N N 次测量值次测量值进行算术平均，作为时刻进行算术平均，作为时刻 k k 的输出，即的输出，即 作用：作用：适用于一般的具有随机干扰信号的滤波，特适用于一般的具有随机干扰信号的滤波，特别适合于信号本身在某一数值范围附近作上下波动的别适合于信号本身在某一数值范围附近作上下波动的情况，如流量、液位等信号的测量，但不适用脉冲性情况，如流量、液位等信号的测量，但不适用脉冲性干扰较严重的场合干扰较严重的场合 2024/5/8 2024/5/8 周三周三5757干扰的抑制（7）加权平均滤波加权平均滤波 为了提高滤波效果，将各采样值取不同的比例，然为了提高滤波效果，将各采样值取不同的比例，然后再相加，此方法称为加权平均值法，即：后再相加，此方法称为加权平均值法，即：加权平均滤波适用于系统纯滞后时间较大而采样周加权平均滤波适用于系统纯滞后时间较大而采样周期较短的过程期较短的过程并且2024/5/8 2024/5/8 周三周三5858干扰的抑制（8）滑动平均值滤波滑动平均值滤波 算术平均滤波和加权平均滤波由于采样N次，需要的时间较长，故检测速度慢，滑动平均值滤波可以克服这个缺点 依次存放N次采样值，每采进一个新数据，就将最早采集的那个数据丢掉，然后求包含新值在内的N个数据的算术平均值或加权平均值2024/5/8 2024/5/8 周三周三5959干扰的抑制（9）惯性滤波惯性滤波 仿照模拟滤波器，用数字形式实现低通滤波仿照模拟滤波器，用数字形式实现低通滤波 一阶一阶RCRC滤波器的传递函数为滤波器的传递函数为 离散化后整理为离散化后整理为 其中其中 X(k)为采样值，Y(k)为滤波器的计算输出值 2024/5/8 2024/5/8 周三周三6060干扰的抑制（10）复合数字滤波复合数字滤波 把两种以上的滤波方法结合起来使用 把中值滤波的思想与算术平均的方法结合起来，就是一种常用的复合滤波法，其具体做法是：首先将采样值按大小排队，去掉最大和最小的，然后再把剩下的取平均值。这样显然比单纯的平均值滤波的效果要好2024/5/8 2024/5/8 周三周三6161干扰的抑制（11）修改微分项（修改微分项（4 4点中心差分法）点中心差分法）将将 T TDD/T T 选择得比理想情况下稍小一些选择得比理想情况下稍小一些 用用4 4点中心差分法构成偏差平均值点中心差分法构成偏差平均值 再通过加权求和形式近似构成微分项再通过加权求和形式近似构成微分项 然后将其代替原式中的微分项然后将其代替原式中的微分项2024/5/8 2024/5/8 周三周三6262第五节 Unit 5PID调节器参数的选择 2024/5/8 2024/5/8 周三周三6363PID调节器参数选择调节器结构的选定原则：系统稳定，且尽可能消除静差。选用什么控制律是由对象特性，控制要求和生产工艺决定的。有自平衡性的对象选择包含有积分环节的调节器（PI或PID）无自平衡性的对象 选择不包含有积分环节的调节器（P，PD）确定调节器的结构确定调节器的结构2024/5/8 2024/5/8 周三周三6464PID调节器参数选择l参数整定的含义：参数整定的含义：根据对象特性，合理地选择数字控制器根据对象特性，合理地选择数字控制器中的参数（比例系数，积分时间常数，微分时间常数，采中的参数（比例系数，积分时间常数，微分时间常数，采样周期）样周期）l参数整定的要求：参数整定的要求：被控对象稳定，对给定值的变化能快被控对象稳定，对给定值的变化能快速且光滑地跟踪，超调量要小。在不同干扰下，系统输速且光滑地跟踪，超调量要小。在不同干扰下，系统输出要保持在给定值，控制量不宜过大。这些要求，主要出要保持在给定值，控制量不宜过大。这些要求，主要方面应能满足。方面应能满足。l参数整定方法：参数整定方法：理论方法，凑试法，试验经验法，后两种理论方法，凑试法，试验经验法，后两种工程上比较有用。工程上比较有用。2024/5/8 2024/5/8 周三周三6565PID调节器参数选择（2）PID整定的理论方法 通过调整通过调整PIDPID的三个参数的三个参数K KP P、T TI I、T TDD ，将系统的闭，将系统的闭环特征根分布在环特征根分布在 s s 域的域的左半平面的某一特定域内左半平面的某一特定域内，以，以保证系统具有足够的稳定裕度并满足给定的保证系统具有足够的稳定裕度并满足给定的性能指标性能指标 只有被控对象的数学模型足够精确时，才能把特征只有被控对象的数学模型足够精确时，才能把特征根精确地配置在期望的位置上，而大多数实际系统一根精确地配置在期望的位置上，而大多数实际系统一般无法得到系统的精确模型，因此理论设计的极点配般无法得到系统的精确模型，因此理论设计的极点配置往往与实际系统不能精确匹配置往往与实际系统不能精确匹配2024/5/8 2024/5/8 周三周三6666PID调节器参数选择（3）试凑法确定PID调节参数 通过模拟或闭环运行观察系统的响应曲线，然后根据各环节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的响应，从而确定PID参数 Kp增大，系统响应加快，静差减小，但系统振荡增强，稳定性变坏；Ti增大，系统超调减小，振荡减弱，但系统静差的消除也随之减慢；Td增大，调节时间减小，快速性增强，系统振荡减弱，稳定性增强，但系统对扰动的抑制能力减弱 2024/5/8 2024/5/8 周三周三6767PID调节器参数选择（4）在凑试时，可参考以上参数对控制过程的影响趋势，对参数进行先比例，后积分，再微分的整定步骤，步骤如下：整定比例部分 如果仅调节比例调节器参数，系统的静差还达不到设计要求时，则需加入积分环节 若使用比例积分器，能消除静差，但动态过程经反复调整后仍达不到要求，这时可加入微分环节 2024/5/8 2024/5/8 周三周三6868PID调节器参数选择（5）常见被控量的PID参数经验选择范围2024/5/8 2024/5/8 周三周三6969PID调节器参数选择（6）实验经验法确定PID调节参数 扩充临界比例法（自平衡对象的控制参数）扩充临界比例法（自平衡对象的控制参数）对模拟调节器中使用的临界比例度法的扩充和推广对模拟调节器中使用的临界比例度法的扩充和推广 整定数字控制器参数的步骤：选择短的采样频率：一般选择被控对象纯滞后时间的选择短的采样频率：一般选择被控对象纯滞后时间的十分之一十分之一 去掉积分与微分作用，逐渐减小比例度去掉积分与微分作用，逐渐减小比例度(=1/k(=1/kp p），），直到系统发生持续等幅振荡。记录发生振荡的临界比例度和直到系统发生持续等幅振荡。记录发生振荡的临界比例度和周期周期 u u及及T Tu u2024/5/8 2024/5/8 周三周三7070PID调节器参数选择（7）选择控制度选择控制度 控制度的定义：以模拟调节器为基准，将数字控制度的定义：以模拟调节器为基准，将数字PIDPID的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较，采用的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较，采用误差平方积分表示：误差平方积分表示：实际应用中并不需要计算出两个误差平方面积，实际应用中并不需要计算出两个误差平方面积，控制度仅是表示控制效果的物理概念。例如，控制度控制度仅是表示控制效果的物理概念。例如，控制度=1.05=1.05，就是指数字，就是指数字PIDPID与模拟控制效果相当；控制度与模拟控制效果相当；控制度=2.0=2.0，就是指数字，就是指数字PIDPID比模拟调节器的效果差。比模拟调节器的效果差。2024/5/8 2024/5/8 周三周三7171PID调节器参数选择（8）根据选定的控制度，查表求得根据选定的控制度，查表求得T T、K Kp p、T TI I、T TDD的值的值控制度控制度控制度控制度控制规律控制规律控制规律控制规律T TK KP PT TI IT TDD1.051.05PIPI0.03T0.03Tu u0.530.53u u0.88T0.88Tu u-PIDPID0.014T0.014Tu u0.630.63u u0.49T0.49Tu u0.14T0.14Tu u1.21.2PIPI0.05T0.05Tu u0.490.49u u0.91T0.91Tu u-PIDPID0.043T0.043Tu u0.470.47u u0.47T0.47Tu u0.16T0.16Tu u1.51.5PIPI0.14T0.14Tu u0.420.42u u0.99T0.99Tu u-PIDPID0.09T0.09Tu u0.340.34u u0.43T0.43Tu u0.20T0.20Tu u2.02.0PIPI0.22T0.22Tu u0.360.36u u1.05T1.05Tu u-PIDPID0.16T0.16Tu u0.270.27u u0.4T0.4Tu u0.22T0.22Tu u2024/5/8 2024/5/8 周三周三7272PID调节器参数选择（9）采样周期的选择采样周期的选择 根据香农采样定理，系统采样频率的下限为根据香农采样定理，系统采样频率的下限为 f fs s=2=2f fmaxmax，此时系统可真实地恢复到原来的连续信号，此时系统可真实地恢复到原来的连续信号 从从执执行行机机构构的的特特性性要要求求来来看看，有有时时需需要要输输出出信信号号保保持持一一定的宽度，采样周期必须大于这一时间定的宽度，采样周期必须大于这一时间 从控制系统的随动和抗干扰的性能来看，要求采样周期从控制系统的随动和抗干扰的性能来看，要求采样周期短些短些 从微机的工作量和每个调节回路的计算来看，一般要求从微机的工作量和每个调节回路的计算来看，一般要求采样周期大些采样周期大些 从计算机的精度看，过短的采样周期是不合适的从计算机的精度看，过短的采样周期是不合适的2024/5/8 2024/5/8 周三周三7373PID调节器参数选择（10）实际选择采样周期时，必须综合考虑实际选择采样周期时，必须综合考虑 采用周期要比对象的时间常数小得多，否则采样信采用周期要比对象的时间常数小得多，否则采样信号无法反映瞬变过程号无法反映瞬变过程 采用周期应远小于对象的扰动信号的周期采用周期应远小于对象的扰动信号的周期 考虑执行器的响应速度考虑执行器的响应速度 当系统纯滞后占主导地位时，应按纯滞后大小选取，当系统纯滞后占主导地位时，应按纯滞后大小选取，并尽可能使纯滞后时间接近或等于采用周期的整数倍并尽可能使纯滞后时间接近或等于采用周期的整数倍 考虑对象所要求的控制质量，精度越高，采样周期考虑对象所要求的控制质量，精度越高，采样周期越短，以减小系统的纯滞后越短，以减小系统的纯滞后2024/5/8 2024/5/8 周三周三7474PID调节器参数选择（11）常见被控量的经验采样周期被测参数被测参数被测参数被测参数采样周期采样周期采样周期采样周期说说说说 明明明明流量流量流量流量1 15 5优先选用优先选用优先选用优先选用1 12s2s压力压力压力压力3 31010优先选用优先选用优先选用优先选用6 68s8s液位液位液位液位6 68 8优先选用优先选用优先选用优先选用7s7s温度温度温度温度15152020或纯滞后时间，串级系统：或纯滞后时间，串级系统：或纯滞后时间，串级系统：或纯滞后时间，串级系统：副环副环副环副环T=1/4T=1/41/5T1/5T主环主环主环主环成分成分成分成分15152020优先选用优先选用优先选用优先选用18s18s2024/5/8 2024/5/8 周三周三7575小 结1.数字PID控制器定义式（位置式、增量式）优缺点2.位置式PID的积分饱和作用及抑制方法3.改进算法 对给定值突变加阻尼 增量式PID的动态加速 纯滞后补偿 4.参数整定凑试法实验经验法：扩充临界比例度法，阶跃曲线法。2024/5/8 2024/5/8 周三周三可编辑修改可编辑修改7676