第3章 数字控制器的模拟化设计.ppt

第,3,章 数字控制器的模拟化设计,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二章,I/O,接口和,I/O,通道,常用,I/O,控制方式：,无条件,I/O,方式、查询式,I/O,方式、中断方式,N,Y,从状态端口读入状态信息,从数据端口传送一个数据,外设准备好,？,查询式,I/O,方式,满足实时控制要求的使用条件是,：“,所有外围设备的服务时间的总和必须小于或等于任一外围设备的最短响应时间（也称危险时间）,”。,复习,复习,复习,1 16,2 15,3 14,4 13,5 12,6 11,7 10,8 9,IN/OUT,OUT/IN,IN/OUT,INH,V,EE,V,SS,V,DD,IN/OUT,A,B,C,图,2-37 CD4051,引脚图,复习,DAC0832,复习,注：,R,f,=15,千欧,复习,ADC0808/0809,复习,复习,A/D,D/A,控制规律 计算程序,执行机构,被控对象,检测装置,设定值,+,-,图,1-1,计算机控制系统基本框图,复习,第三章 数字控制器的模拟化设计,3.1,引言,3.2,离散化方法,3.3 PID,数字控制器的设计,3.4,数字,PID,控制算法的改进,3.5 PID,数字控制器的参数整定和,设计举例,第一节 引言,在数字控制系统中，用数字控制器替代模拟调节器。计算机执行按某种算法编写的程序，实现对被控对象的控制和调节，称为,数字控制器,。,设计方法一：,把计算机控制系统近似看成模拟系统，用连续系统的理论来进行动态分析和设计，再将设计结果转变成数字计算机的控制算法，该方法称为,模拟化设计方法，又称间接设计法,。,D(s,),Gc(s,),R(s,)+,-,C(s,),图,3-2,作为连续控制系统的结构图,设计方法二：,把计算机控制系统经过适当变换，变成纯粹的离散系统，用,Z,变换等工具进行分析设计，直接设计出控制算法，该方法为,离散化设计方法，又叫直接设计法,。,模拟化设计方法,基本思路：,当系统的采样频率足够高时，采样系统的特性接近于连续变化的模拟系统，因而可以忽略采样开关和保持器，将整个系统看成是连续变化的模拟系统。,设计实质,是：将一个模拟调节器离散化，用数字控制器取代模拟调节器。,设计基本步骤,：,用连续系统设计方法确定,D,（,S,）,采用适当的离散化方法求出相应的,D,（,Z,）,检查系统性能是否满足要求,将,D,（,z,）化为差分控制算法，编制计算机程序,必要时进行数模混合仿真，检验系统设计与程序编制是否正确,第二节 离散化方法,一差分变换法,模拟调节器若用微分方程的形式来表示，其导数可用差分近似。常用的差分方法：后向差分和前向差分。,（,1,）一阶后向差分：一阶导数采用近似式：,（,31,）,（,2,）二阶后向差分：二阶导数采用近似式：,（,32,）,特点,：变换公式简单，应用方便；D(Z),与,D(S),的等效精度差。,应用场合：,很少使用，一般只用于微分环节的离散化中，如,PID,控制器的离散化。,例,1,：,求惯性环节 的差分方程。,解：,由,有,化成微分方程：,以采样周期,T,离散上述微分方程得：,即,用一阶后向差分近似代替微分得,代入上式得,整理得,例,2,：,求环节 的差分方程。,解：,由,有,即,化成微分方程,代入式（,31,）和（,32,）得,最后得到,二零阶保持器法（,阶跃响应不变法）,基本思想：,离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列，必须与模拟调节器的阶跃响应的采样值相等。,（,37,）,其中,H,（,s,）称为零阶保持器，,T,为采样周期。,零阶保持器法的物理解释如教材,P89,图,34,所示。,阶跃响应不变法特点：,D(Z),能保持,D(S),的阶跃响应采样值，但不能保证脉冲响应采样值不变。,若,D(S),稳定，,D(Z),也一定稳定,未改变,Z,变换所产生的频率混叠现象。,使用场合：,通常只适用于低通网络的离散变换，另外，当采样频率较低时，应注意补偿零阶保持器带来的相移,例,3,：,用零阶保持器法求惯性环节 的差分方程。,解：,由式（,37,），有,所以,整理得,三双线性变换法,又称,突斯丁（,Tustin,）,法,，它是将,s,域函数与,Z,域函数进行转换的一种近似方法。,由,Z,变换定义，有,（,38,）,将 和 展开成泰勒级数39,）,（,310,）,对式,(3-9),、,(3-10),，若只取其前两项作为近似式代入（,38,）有,（,312,）,当已知连续传函,D,（,s,）,时，可计算,D,（,z,）,特点：,D(S),稳定，,D(Z),也稳定；低频特性保存很好，高频特性失真，但无频率混叠现象；稳态增益不变，具有串联特性；计算机计算简单。,适用场合：,应用最广泛，即适用于离散有限带宽环节，也适用于离散高频段幅值较平坦的环节。,例,4,：,已知某连续控制器的传函 ，试用双线性变换法求出相应的数字控制器的脉冲传函,D,（,z,），,其中,T=1s,。,解：由式（,312,），有,T=1,，,得,各离散化方法比较,：,双线性变换法精度最高，其次是零点匹配法，差分变换和阶跃响应不变法较差，冲击响应不变法最差。,当采样周期小到一定程度时，区别不大。,一般讲，要在离散域中设计一个,D(Z),与确定的,D(S),完全等价是不可能的，我们只能选一个,D(Z),去“逼近”,D(S),，逼近的程度取决于系统工作的频段和采样频率的大小。各离散方法适用于不同的场合，不能一般的确定各种方法性能优劣的顺序表。实际表明，在各种离散化方法中，双线性变换法适应性强，使用效果好，工程应用中可以首先考虑。,第三节,PID,数字控制器的设计,PID,调节器优点：,1.,不需要建立模型,2.,结构简单，参数易于调整,3.,技术成熟，易被人们熟习和掌握,4.,控制效果好,模拟调节系统中，,PID,控制算法的,模拟表达式,为,（,313,）,用离散的差分方程代替连续系统的微分方程。,连续的时间离散化，即,t=KT,（,K=0,，,1,，,2,，,n,）,积分用累加求和近似得,（,314,）,微分用一阶后向差分近似得,（,315,）,将式（,314,）和（,315,）代入式（,313,），可得到离散的,PID,表达式,（,316,）,式（,316,）表示的控制算法提供了执行机构的位置,u,（,k,），即其输出值与阀门开度的位置一一对应，所以，把式（,316,）称为,PID,的,位置式控制算式或位置式,PID,控制算法,。其控制原理图如图,36,所示。,令,则 （,317,）,此即为,离散化位置式,PID,控制算法的编程表示。,考虑到第,k-1,次采样时有,（,318,）,使式（,317,）两边对应减去式（,318,），并整理得,（,319,）,其中，,式（,319,）就是,PID,位置式算式的递推形式,，是编程时常用的形式之一。,位置式数字控制器的程序如下：,DATASEGMENT,；数据段开始,CONS0DB13,；存放系数,a,0,CONS1DB2,；存放系数,a,1,CONS2DB0,；存放系数,a,2,GEC1DB,？；存放给定值,GEC2DB,？；存放输出反馈值,SUB1DB,？；存放偏差值,e(k,),SUB2DB0,；存放偏差值,e(k-1),SUB3DB0,；存放偏差值,e(k-2),MID1DW,？；存放乘积,a,0,e(k,),MID2DW,？；存放乘积,a,1,e(k-1),OUTP1DW0,；存放,U(k-1),DATAENDS,；数据段结束,CODESEGMENT,；代码段开始,ASSUMECS,：,CODE,，,DS,：,DATA,MAIN,：,MOV AX,，,DATA,MOVDS,，,AX,；装填数据段,BACK,：,CALLRECEIVE,；接收数据到,GEC2,，获取,GEC1,MOVAL,，,GEC2,SUBAL,，,GEC1,；计算,e(k,),MOVSUB1,，AL,MOVDL,，,CONS0,；取,a,0,IMULDL,；,a,0,e(k,),放入,AX,MOVMID1,，,AX,；,a,0,e(k,),存入暂存单元,MOVAL,，,SUB2,；取,e(k-1),MOVDL,，,CONS1,；取,a,1,IMULDL,；,a,1,e(k-1),放入,AX,MOVMID2,，,AX,；,a,1,e(k-1),存入暂存单元,MOVAL,，,SUB3,；取,e(k-2),MOVDL,，,CONS2,；取,a,2,IMULDL,；,a,2,e(k-2),放入,AX,ADDAX,，,MID1,；,a,0,e(k,)+a,2,e(k-2),放入,AX,SUBAX,，,MID2,；,a,0,e(k,)-a,1,e(k-1)+a,2,e(k-2),放入,AX,ADDAX,，,OUTP1,；,u(k-1)+a,0,e(k,)-a,1,e(k-1)+a,2,e(k-2),放入,AX,OUTPORT,，,AL,；输出,u(k,),MOVOUTP1,，,AX,MOVAL,，,SUB2,MOVSUB3,，,AL,；由,e(k-1),得到,e(k-2),MOVAL,，,SUB1,MOVSUB2,，,AL,；由,e(k,),得到,e(k-1),JMPBACK,MOVAH,，,4CH,INT21H,；返回,DOS,RECEIVEPROC,；接收反馈值子程序,.,RECEIVEENDP,CODEENDS,；代码段结束,ENDMAIN,；源程序结束,若令 ,u(k)=u(k)-u(k-1),则 ,u(k)=a,0,e(k)-a,1,e(k-1)+a,2,e(k-2),（,320,）,式中,a,0,、,a,1,、,a,2,同式（,319,）中一样。,由于其控制输出对应于执行机构的位置的增量，故式（,320,）被称为,PID,控制的增量式算式,。,增量式,PID,控制算法,与位置式,PID,算法相比较的,优点,：,1,不需累加，控制效果好,2,可靠性高，计算机造成的误动作小,3,手动,自动切换时冲击比较小。,还有一种称为,速度式的控制算法,，它采用位置式的导数形式，也就是,即,PID,数字控制各种算式形式的选择视执行器的形式、被控对象的特性而定。若执行机构不带积分部件，其位置和计算机输出的数字量是一一对应的话，就采用位置式算式。若执行机构带积分部件，就选用增量式算式。,复习,位置式控制算式或位置式,PID,控制算法,PID,位置式算式的递推形式,PID,控制的增量式算式,u(k,)=u(k)-u(k-1),=a,0,e(k)-a,1,e(k-1)+a,2,e(k-2),PID,控制算法的模拟表达式：,复习,第四节 数字,PID,控制算法的改进,一防止积分整量化误差的方法,在,PID,增量式算法中，积分项为,e,（,k,）,K,P,T/T,I,，即当采样周期,T,较小，而积分时间,T,I,较大时，,K,I,e,（,k,）,项很可能小于计算机输出的最低有效位，在运算时被取整而舍掉，从而产生积分整量化误差。,防止积分整量化误差的方法主要有两种。,1,扩大计算机运算的字长，提高计算精度。这种方法的实质是使处理机最低有效位对应的数值量相应减小，提高了计算的分辨率，使得整量化中可能丢掉的部分得以保留。,2,当积分项,K,I,e,（,k,）,时，积分项单独累加，直到产生溢出。将溢出值作为积分项的偏差值进行运算，余数仍保留下来，作为下一步累加的基数值。,U(k,)=,m(k,)+,e(k,),二积分饱和及其防止方法,（一）积分饱和的原因和影响,实际系统中控制变量及其变化率因受执行元件的物理和机械性能的约束限制在一个有限范围内，当计算机输出的控制量或其变化率在该范围内时，控制正常进行。但若超出该范围，实际执行的控制量或其变化率就不是计算值，而是系统执行机构的饱和临界值，引起了不希望的效应。,在数字,PID,控制系统中，当系统开、停或大幅度变动时，系统会出现较大的偏差，经过积分项累积后，可能使控制量,u,（,k,）,u,max,或,u,（,k,）,u,min,，即超过执行机构由机械或物理性能所决定的极限。此时，控制量并不能真正取得计算值，而只能取,u,max,或,u,min,，从而影响控制效果。由于主要是积分项的存在，引起了,PID,运算的“饱和”，因此，这种饱和称为积分饱和。它会增加了系统的调整时间和超调量，称,“饱和效应”,。,（二）积分饱和的防止方法,1,积分分离法,将式（,317,）改写为下面的形式,（,322,）,式中，,为,e,（,k,）,的门限值。,式（,322,）称为,积分分离,PID,算式,。其,基本思想,是：当偏差大于某个规定的门限值时，删除积分作用，以使 不至过大。只有当,e,（,k,）,较小时，方引入积分作用，以消除静差。这样，控制量不易进入饱和区了；即使进入了，也能较快退出，所以系统的输出特性得到了改善。,2,遇限削弱积分法,该方法的,基本思想,是：当控制量进入饱和区后，只执行削弱积分项的累加，而不进行增大积分项的累加。即计算,u,（,k,）,时，先判断,u,（,k-1,）,是否超过限制范围，若已超过,u,max,，,则只累计负偏差；若小于,u,min,，,就只累计正偏差。该方法也可避免控制量长时间停留在饱和区。其算法的程序框图如图,312,所示。,第五节,PID,数字控制器的参数整定和设计举例,一,PID,控制器参数对系统性能的影响,（一）比例系数,K,P,对系统性能的影响,1,对动态特性的影响,K,P,太小，调节缓慢；,K,P,增大，速度加快，,K,P,过大时，会引起系统的超调过大，振荡次数增多，系统不稳定。,2,对稳态特性的影响,增大,K,P,，,在稳定情况下，可减小稳态误差,e,ss,，提高控制精度，但不能消除稳态误差。,（二）积分时间常数,T,I,对系统性能的影响,1,对动态特性的影响,T,I,增大，减弱积分环节的作用，对系统性能的影响减少；,T,I,减小会加强积分的作用，,T,I,太小时，会引起系统振荡。,T,I,合适时，过渡过程较理想。,2,对稳态误差的影响,积分控制能消除稳态误差，提高控制精度。但,T,I,太大时积分作用太弱，不能减小稳态误差。,（三）,微分时间常数,T,D,对系统特性的影响,微分控制能对系统的瞬间的波动进行补偿控制，主要改善系统的动态特性，减小超调，调节时间缩短，允许加大比例控制，减小稳态误差，提高控制精度。,增大,T,D,，可增加微分作用。,但,T,D,太大或太小，都会引起系统超调增大，调节时间变长；,T,D,合适时，可有满意的过渡过程。,二,采样周期,T,的选择,原则,采样周期的选取应通过实验来确定：,响应快、波动大、易受干扰影响的过程，应取较小的采样周期。,如果过程的纯滞后时间比较明显时，,T,可与纯滞后时间大致相等。,1,必须满足采样定理的要求：,s2max,，,max,是被采样信号的最高角频率，采样周期的上限值,T,，根据经验公式,s10c,，,c,为开环截止频率。,2,从控制性能角度来看，,T,小些好。对随动系统（如天线跟踪飞行器的随动系统）和抗干扰的性能来看，,T,应小些，以实现快速跟随和快速抑制干扰，,T,太大会丢失许多信息。,3,根据被控对象的特性，快速系统（如高速线材轧制系统）的,T,应取小，反之，,T,可取大些。,4,根据执行机构的类型，执行机构动作惯性大时，,T,应取大些。否则，执行机构来不及反应控制器输出值的变化。,被测参数,采样周期,T(s,),备注,流量,压力,液位,温度,成分,15,310,610,1520,1520,优先选用,1s,优先选用,5s,或纯滞后的时间,表,3-3,采样周期,T,的经验数据,5,从计算机的工作量及每个调节回路的计算成本来看，,T,选大些，,T,大可增加控制的回路数。,6,从计算机能精确执行控制算式来看，,T,选大些。,T,过小，偏差值,e,（,k,）可能很小，甚至为0,，调节作用减弱，微分、积分作用不明显。,在编程过程中要考虑的问题：,1.,执行机构的极限保护：防止执行机构过开或过关；可检查输出余量,2.,防止极限环：对于很小的输出，使执行机构频繁动作，易引起振荡；可对计算机输出设一个不灵敏区。,三用扩充临界比例度法（稳定边界法）选择,PID,参数,1,选择一个合适的采样周期,T,控制器作纯比例,K,P,控制；,2,调整,K,P,的值，使系统出现临界振荡（等幅振荡），记下相应的临界振荡周期,Ts,和临界振荡增益,Ks,；,3,选择合适的控制度，它是数字控制器和模拟调节器所对应的过渡过程的误差平方的积分比，即,控制度,=,通常，控制度为,1.05,时，数字控制器和模拟控制器的效果相当。当控制度为,2.0,时，数字控制器比模拟调节器的控制质量差一倍。,4,根据控制度查表,34,（见书,P105,），即可求出,T,、,KP,、,TI,和,TD,。,（适用于被控对象是一阶滞后惯性环节）,控制度,控制规律,T/T,s,K,p,/K,S,T,I/,T,S,T,D,/T,S,1.05,PI,PID,0.03,0.014,0.54,0.63,0.88,0.49,0.14,1.2,PI,PID,0.05,0.045,0.49,0.47,0.91,0.47,0.16,1.5,PI,PID,0.14,0.09,0.42,0.34,0.99,0.43,0.20,20,PI,PID,0.22,0.16,0.36,0.27,1.05,0.4,0.22,表,3-4,扩充临界比例度法整定参数表,扩充临界比例度法简单方便，容易掌握和判断，但是实验时系统要闭环进行，要产生短时间的系统振荡，若系统不允许反复振荡（如锅炉给水系统和燃烧控制系统），则禁用，防止产生重大事故。,四用扩充响应曲线法选择,PID,参数,若已知系统的动态特性曲线，数字控制器的参数整定也可用类似模拟调节器的响应曲线法来进行，称为扩充响应曲线法。,步骤,如下：,1,断开数字控制器，系统在手动状态下工作。当系统在给定值处于平衡后，给一阶跃输入（如图,325a,所示）。,2,用仪表记录被调参数在阶跃作用下的变化过程曲线,如图,b,所示。,3,在曲线最大斜率处做切线，求得滞后时间,，对象时间常数,Tm,，以及它们的比值,Tm/,。,4,根据求得的,Tm,、,和,Tm/,的值，查表,35,即可求得控制器的,T,、,K,P,、,T,I,和,T,D,。表中控制度的求法与扩充临界比例度法相同。,控制度,控制规律,T/,K,p,/(Tm/,）,T,I,/,T,D,/,1.05,PI,PID,0.1,0.05,0.84,1.15,3.4,2.0,0.45,1.2,PI,PID,0.2,0.16,0.73,1.0,3.6,1.9,0.55,1.5,PI,PID,0.5,0.34,0.68,0.85,3.91.62,0.65,2.0,PI,PID,0.8,0.6,0.57,0.6,4.2,1.5,0.82,表,3-5,扩充响应曲线法整定参数表,五,PID,归一参数整定法,设,PID,增量算式为,对式（,342,）作,Z,变换，可得,PID,数字控制器的,Z,传函为：,为简化参数的整定，提出人为的,约束条件,，取：,将式（,344,）代入式（,342,）和（,343,），得,差分方程为,试凑法,在试凑时，根据各参数对控制过程的影响，对参数进行先比例，后积分，再微分的整定步骤。步骤如下：,（,1,）整定比例部分。,（,2,）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。3,）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。,表,3-6,常见被调量,PID,参数经验选择范围,六按二阶工程设计法设计数字控制器,二阶系统是工业生产过程中最常见的一种系统，实际的高阶系统可简化为二阶系统来进行设计，二阶系统闭环传函形式为,（,347,）,当,s=,j,，代入上式得：,求出闭环传递函数的幅频特性为,（,348,）,要使二阶系统的输出获得理想的动态品质，即该系统的输出量完全跟随给定量，应满足：,把式（,348,）代入式（,349,），得,在低频范围内，,T,2,2,4,0,，可有,T,1,2,-2T,2,=0,得到理想情况下二阶系统闭环传函形式为：,设,G,（,s,）,为该系统的开环传函，根据,推导出,把式（,351,）代入得,此即二阶品质最佳的系统开环传函基本公式。,二阶工程设计法简单的整定原则：即只要将系统的开环传递函数整定为：“积分与惯性相串联的形式，并且是二者的系数相差二倍即可”。,离散化设计方法：第四章,模拟化设计方法,设计基本步骤,：,用连续系统设计方法确定,D,（,S,）,采用适当的离散化方法求出相应的,D,（,Z,）,检查系统性能是否满足要求,将,D,（,z,）化为差分控制算法，编制计算机程序,必要时进行数模混合仿真，检验系统设计与程序编制是否正确,复习,复习,一阶后向差分变换法：,二阶后向差分变换法零阶保持器法（阶跃响应不变法）：,双线性变换法（突斯汀变换法）：,位置式控制算式或位置式,PID,控制算法,PID,位置式算式的递推形式,PID,控制的增量式算式,u(k,)=u(k)-u(k-1)=a,0,e(k)-a,1,e(k-1)+a,2,e(k-2),PID,控制算法的模拟表达式：,复习,数字,PID,控制算法的改进,防止积分整量化误差的方法,U(k,)=,m(k)+k,p,Te(k,)/T,I,PID,数字控制器的参数整定方法：,扩充临界比例度法（稳定边界法）、扩充响应曲线法、,试凑法,（,1,）整定比例部分。,（,2,）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。,（,3,）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。,复习,按二阶工程设计法设计数字控制器,二阶品质最佳的系统开环传函基本公式,:,二阶工程设计法简单的整定原则：即只要将系统的开环传递函数整定为：“积分与惯性相串联的形式，并且是二者的系数相差二倍即可”。,复习,七,PID,数字控制器设计,举例,用模拟调节规律离散化的方法设计一个轧机位置控制系统的数字控制器。,（一）轧机系统的数学模型及数字控制器算式,该系统的主回路主要由电液伺服阀、液压缸及作位移检测的差动变压器等组成。,简化框图如图,326,所示。,A/D,转换,器,数字,PIDD/A,转换,器,功率,放大,器,电液,伺服,阀,液,压,缸,差动,变压,器,电压,放大,器,A/D,转换,器,给定值,微型计算机,图,3-26,轧机液压厚度调节框图,不考虑外来干扰，轧机位置反馈系统原理框图如图,327,所示。不考虑,D,（,s,）（校正环节传函），轧机系统的开环传函原为,6,阶，从中找出影响系统动态性能的主要环节和参数，对其进行简化，得到系统开环传函：,（,353,）,令,将其代入式（,353,），得,（,354,）,且,T,s1,T,s2,从快速性和稳定性角度来看，用微机实现对轧机系统的动态校正，就要求包含有微机的轧机系统具有二阶最佳设计的基本形式，整个系统的开环传函为355,）,为把式（,355,）化成（,352,），应选择,D,（,s,）为,PI,调节器，,即,(356),为使调节器能抵消轧机系统中较大的时间常数,T,s1,，,可选择：,=T,s1,(357),式（,355,）化成,（,358,）,比较式（,358,）与（,352,）的系数得到,解得,T,i,=2KT,s2,(359),由式,(357),和,(359),得到调节器的传函为：,(360),其中，,把式,(360),离散化,得到数字控制器的差分方程为,其中，,由式,(361),得到防止积分整量化误差的算式,其中，,定义内存单元、清零,采样，形成偏差,计算,u(K-1)+a,0,e(k)a,1,e(k-1),取,e(k,),作,e(k,),累加第,k,次积分结果,输出,u(k,),有溢出？,数据传送,N,取偏差值,e(k,),e(k,)0,N,输出值,u(k)-1,输出值,u(k)+1,Y,Y,图,3-28,轧机系统数字控制器程序框图,INAL,，,PORT2,；反馈值采样,MOVDL,，,AL,INAL,，,PORT1,；给定值采样,SUBAL,，,DL,；计算,e(k,),MOVEK,，,AL,；存放,e(k,),到,EK,单元,MOVDL,，,AOP,；取,a,0,IMULDL,；,a,0,e(k)AX,MOVBX,，,AX,；,MOVAL,，,EK1,；取,e(k-1)AL,MOVDL,，,A1,；,a,1,DL,IMULDL,；,a,1,e(k-1)AX,SUBBX,，,AX,；,a,0,e(k)-a,1,e(k-1)BX,ADDBX,，,UK1,；,u(k-1)+a,0,e(k)-a,1,e(k-1)BX,MOVAL,，,ICON,；取,MOVDL,，,EK,；,e(k,)DL,IMULDL,；,e(k,)AX,ADDAX,，,MIDR,；积分项累加,JNOIT2,；无溢出则转输出,CMPDL,，,0,；比较,e(k,),和,0,JGEIT1,；,e(k,),大于等于,0,，则转,IT1,DECBX,；,e(k,),小于,0,，则将,u,（,k,）减1,JMPIT2,IT1,：,INCBX,；,u(k,),加,1,IT2,：,MOVMIDR,，,AX,；累加和放入,MIDR,MOVAL,，,BL,；输出,u(k,),OUTPORT3,，,AL,MOVUK1,，,BX,；,u(k,)u(k-1),MOVEK1,，,DL,e(k,)e(k-1),参数整定找最佳，从小到大顺序查 先是比例后积分，最后再把微分加 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢，积分时间往下降 曲线波动周期长，积分时间再加长 曲线振荡频率快，先把微分降下来 动差大来波动慢。微分时间应加长 理想曲线两个波，前高后低,4,比,1,一看二调多分析，调节质量不会低,三不完全微分的,PID,算法,在标准,PID,算式中，当有阶跃信号输入时，微分项输出急剧增加，易引起调节过程的振荡，导致调节品质下降。为克服这一点，又要使微分作用有效，可采用不完全微分的,PID,算法。,基本思想,是：仿照模拟调节器的实际微分调节器，加入惯性环节，以克服完全微分的缺点。该算法的传函为,（,323,）,式中，,K,D,为微分增益。,推导出,不完全微分的,PID,位置算式为,在,单位阶跃信号,作用下，完全微分与不完全微分输出特性的差异如图,313,所示。可以看出：,（,1,）完全微分项对阶跃信号产生很大的微分输出信号，该信号急剧下降为,0,，易引起振荡。,2,）不完全微分系统的微分作用是逐渐下降的，微分输出信号按指数规律逐渐衰减到,0,，因而系统变化较缓慢，不易引起振荡。其延续时间的长短与,K,D,的选取有关，,K,D,愈大，延续时间愈短；,K,D,愈小，延续时间愈长。,四纯滞后的补偿算法,带纯滞后的对象的传函可用一阶惯性环节加纯滞后环节来描述,对象的这种纯滞后性质常引起系统产生超调或振荡，降低了系统的稳定性，为此，史密斯提出了一种纯滞后补偿的模型。,1,史密斯纯滞后补偿原理,图,314,为一单回路控制系统，,D,（,s,）,为调节器的传函，,G,P,(s)(1-e,-s,),为被控对象的传递函数，,G,P,（,s,）,为被控对象中不包含纯滞后部分的传函，,e,-s,为被控对象纯滞后部分的传函。,史密斯纯滞后,补偿原理,是：与,D,（,s,）,并接一补偿环节,G,P,(s)(1-e,-s,),，用来补偿被控对象中的纯滞后部分，这个环节称为,预估器,，如图,315,所示。,整个纯滞后补偿器的传函为,经补偿后，系统的闭环传函为,（,333,）,五微分先行,PID,算法,微分先行,PID,算法是将微分运算放在前面。它有两种,结构,：,1,对输出量的微分（如图,318a,所示）：,适用于给定量频繁升降的场合，为防止微分作用引起系统超调量过大，可只对输出进行微分。,2,偏差的微分（如图,318b,所示）：,对于给定值和偏差值都有微分作用，在串级控制中，主回路的输出作为副回路的给定，也应进行微分。,六带死区的,PID,控制,有些场合对控制精度要求不高，但要求控制尽可能平稳。为了避免控制动作过于频繁，消除由此引起的振荡，可采用带死区的,PID,控制。,基本思想,是：设置一个死区,B,，,不改变控制，其关系如下：,死区,B,是以可调参数，,B,值太小，调节动作过于频繁，达不到稳定控制的目的；,B,值太大，又会产生很大的纯滞后，所以应根据实际情况而定。,1,采样周期应远小于对象的扰动信号的周期,2.,采样周期应远小于对象的时间常数,3.,考虑执行器的响应速度,4.,考虑对象所要求的调节品质,5.,考虑控制系统性能价格比,6.,考虑计算机所承担的工作量,在编程过程中要考虑的问题：,1.,执行机构的极限保护：防止执行机构过开或过关；可检查输出余量,2.,防止极限环：对于很小的输出，使执行机构频繁动作，易引起振荡；可对计算机输出设一个不灵敏区。,在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。对于温度系统：,P,（,%,）,20-60,，,I,（分）,3-10,，,D,（分）,0.5-3,对于流量系统：,P,（,%,）,40-100,，,I,（分）,0.1-1,对于压力系统：,P,（,%,）,30-70,，,I,（分）,0.4-3,对于液位系统：,P,（,%,）,20-80,，,I,（分）,1-5,