第七章數(shù)字PIDppt課件

1、第七章第七章 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID及其算法及其算法 n7.0 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)方法 n7.1 PID控制回顧 n7.2 PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)n7.3 數(shù)字PID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問(wèn)題 n7.4 幾種發(fā)展的PID算法n7.5 PID參數(shù)的整定方法7.0 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)方法n 被控對(duì)象一般為模擬裝置，具有連續(xù)的特性，被控對(duì)象一般為模擬裝置，具有連續(xù)的特性，n 計(jì)算機(jī)卻是一種數(shù)字裝置，具有離散特性。計(jì)算機(jī)卻是一種數(shù)字裝置，具有離散特性。n 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)既有連續(xù)部分，又有離散部計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)既有連續(xù)部分，又有離散部分的混合系統(tǒng)，系統(tǒng)中既存

2、在連續(xù)量，有存在離散量。分的混合系統(tǒng)，系統(tǒng)中既存在連續(xù)量，有存在離散量。 數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法n1、模擬化設(shè)計(jì)方法、模擬化設(shè)計(jì)方法n 先將系統(tǒng)的離散部分當(dāng)成連續(xù)處理，整先將系統(tǒng)的離散部分當(dāng)成連續(xù)處理，整個(gè)系統(tǒng)表現(xiàn)為連續(xù)系統(tǒng)，按照連續(xù)系統(tǒng)的校正個(gè)系統(tǒng)表現(xiàn)為連續(xù)系統(tǒng)，按照連續(xù)系統(tǒng)的校正方法頻率法、根軌跡法設(shè)計(jì)校正環(huán)節(jié)，然方法頻率法、根軌跡法設(shè)計(jì)校正環(huán)節(jié)，然后對(duì)其離散化，并用計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，得到后對(duì)其離散化，并用計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，得到數(shù)字控制器。數(shù)字控制器。 （數(shù)字（數(shù)字PID） n2、離散化設(shè)計(jì)方法、離散化設(shè)計(jì)方法n 將系統(tǒng)的被控對(duì)象離散化，使整個(gè)系統(tǒng)將系統(tǒng)的被控對(duì)象離散化，

3、使整個(gè)系統(tǒng)表現(xiàn)為離散系統(tǒng)，然后運(yùn)用離散控制理論直接表現(xiàn)為離散系統(tǒng)，然后運(yùn)用離散控制理論直接設(shè)計(jì)數(shù)字控制器。（設(shè)計(jì)數(shù)字控制器。（Z域）域） 7.1 PID控制回顧控制回顧1. 比例調(diào)節(jié)器比例調(diào)節(jié)器比例調(diào)節(jié)器的微分方程為：比例調(diào)節(jié)器的微分方程為： y=KPe(t) （4-1）式中：式中：y為調(diào)節(jié)器輸出；為調(diào)節(jié)器輸出；Kp為比例系數(shù)；為比例系數(shù)； e(t)為調(diào)節(jié)為調(diào)節(jié)器輸入偏差。器輸入偏差。由上式可以看出，調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差成正比。由上式可以看出，調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差成正比。因此，只要偏差出現(xiàn)，就能及時(shí)地產(chǎn)生與之成比例的因此，只要偏差出現(xiàn)，就能及時(shí)地產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)

4、。調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)。階躍響應(yīng)特性曲線階躍響應(yīng)特性曲線2. 比例積分調(diào)節(jié)器比例積分調(diào)節(jié)器n積分作用：指調(diào)節(jié)器的輸出積分作用：指調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差的積分成比例的與輸入偏差的積分成比例的作用。積分方程為：作用。積分方程為：dtteTyI)(1式中：式中：TI是積分時(shí)間常數(shù)，它表示積分速度的大小，是積分時(shí)間常數(shù)，它表示積分速度的大小，TI越大，越大，積分速度越慢，積分作用越弱。積分速度越慢，積分作用越弱。dtteTteKyIp)(1)(若將比例和積分兩種作用結(jié)合起來(lái)，就構(gòu)成若將比例和積分兩種作用結(jié)合起來(lái)，就構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)規(guī)律為：調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)規(guī)律為：e(t)y00tty1=KP e

5、(t)K1 KP e(t)y23. 比例微分調(diào)節(jié)器比例微分調(diào)節(jié)器n微分作用：微分作用：dttdeTyD)(dttdeTteKyDp)()(比例微分調(diào)節(jié)器：比例微分調(diào)節(jié)器：PID控制作用控制作用比例比例積分積分微分微分優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)響應(yīng)快響應(yīng)快消除靜差消除靜差減小超調(diào)量、加快系統(tǒng)響減小超調(diào)量、加快系統(tǒng)響應(yīng)速度應(yīng)速度缺點(diǎn)缺點(diǎn)存在靜存在靜差差動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)間長(zhǎng)不能消除靜差、易引入高不能消除靜差、易引入高頻噪聲頻噪聲比例積分微分調(diào)節(jié)器比例積分微分調(diào)節(jié)器dttdeTdtteTteKtUDIp)()(1)()(n為了進(jìn)一步改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，往往把比例、積分、為了進(jìn)一步改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，往往把比例、積分、微分三

6、種作用組合起來(lái)，形成微分三種作用組合起來(lái)，形成PID調(diào)節(jié)器。理調(diào)節(jié)器。理想的想的PID微分方程為：微分方程為：e(t)y00tt KP e(t)KP K1 e(t)KP KD e(t)STSTKSESUSDDIP11)()()(7.2 PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)n7.2.1 PID算法的數(shù)字化 n7.2.2 PID算法的程序設(shè)計(jì) 7.2.1 PID控制算式的數(shù)字化控制算式的數(shù)字化如何數(shù)字化？如何數(shù)字化？在采樣周期相當(dāng)短時(shí)，采用數(shù)值逼近的方法。在采樣周期相當(dāng)短時(shí)，采用數(shù)值逼近的方法。利用求和代替積分，利用求和代替積分，利用后向差分代替微分利用后向差分代替微分 tkiniieTtiedtt

7、e000)()()(Tkeketkekedttde)1()()1()()( b)UUUURRCoNPiPNUIcUIiRCoia)Na)基本微分電路UURCoiNb)實(shí)用微分電路URRCC1i1NoU電子電子PID控制器控制器041122112231211221122( )()11( )()sR RCR CRC R Csi sR RCRCR CsRCR C位置型數(shù)字位置型數(shù)字PID算式算式kjDIPTkekeTjeTTkeKkU0) 1()()()()(dttdeTdtteTteKtUDIp)()(1)()( tkiieTdtte00)()(Tkekedttde)1()()( 輸出值與閥門的開(kāi)

8、度位置一一對(duì)應(yīng)，稱為位置型輸出值與閥門的開(kāi)度位置一一對(duì)應(yīng)，稱為位置型PIDPID算法，算法，但上式要計(jì)算但上式要計(jì)算U(k)U(k)，不僅需要本次與上次的偏差信號(hào)，不僅需要本次與上次的偏差信號(hào)e(k)e(k)、e(k-1)e(k-1)，而且還要對(duì)兩次的偏差信號(hào)，而且還要對(duì)兩次的偏差信號(hào)e(j)e(j)進(jìn)行累進(jìn)行累加，這樣計(jì)算繁鎖，且占用內(nèi)存單元較多。加，這樣計(jì)算繁鎖，且占用內(nèi)存單元較多。 增量型增量型PIDPID控制算法控制算法 10)2()1()()1()1(kjDIPTkekeTjeTTkeKkU kjDIPTkekeTjeTTkeKkU0)1()()()()( )2()1(2)()()1

9、()()2()1(2)()()1()()1()()( kekekeKkeKkekeKkekekeTTKkeTTKkekeKkUkUkUDIPDPIPPPK比例增益 IPITTKK 積分系數(shù) TTKKDPD 微分系數(shù) 其中：其中：計(jì)算形式：計(jì)算形式：)2()1()()(210 keqkeqkeqkU)1(0TTTTKqDIP )21(1TTKqDP TTKqDP 2兩種兩種PIDPID控制算法比較控制算法比較 1、位置型控制算法中，因采用全量輸出，所以每次、位置型控制算法中，因采用全量輸出，所以每次輸出均與原來(lái)的位置有關(guān)，不僅需要對(duì)輸出均與原來(lái)的位置有關(guān)，不僅需要對(duì)e(k)進(jìn)行累加，進(jìn)行累加，而

10、且微機(jī)的任何故障都會(huì)引起而且微機(jī)的任何故障都會(huì)引起U(k)的大幅度變化。的大幅度變化。而增量型算法，控制量增量?jī)H與最近幾次誤差采樣而增量型算法，控制量增量?jī)H與最近幾次誤差采樣值有關(guān)，所以誤動(dòng)作影響小。值有關(guān)，所以誤動(dòng)作影響小。2、位置型算法中，由手動(dòng)到自動(dòng)切換時(shí)，必須首先、位置型算法中，由手動(dòng)到自動(dòng)切換時(shí)，必須首先使用微機(jī)的輸出值等于閥門的原始開(kāi)度，才可保證手使用微機(jī)的輸出值等于閥門的原始開(kāi)度，才可保證手動(dòng)到自動(dòng)切換無(wú)擾動(dòng)。動(dòng)到自動(dòng)切換無(wú)擾動(dòng)。而增量型只與本次的偏差值有關(guān)與閥門原來(lái)位置無(wú)而增量型只與本次的偏差值有關(guān)與閥門原來(lái)位置無(wú)關(guān)，因而易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)切換。關(guān)，因而易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)切換。

11、3、位置型易產(chǎn)生積分飽和失控，而增量型不存在、位置型易產(chǎn)生積分飽和失控，而增量型不存在,所以容易獲得較好的調(diào)節(jié)效果。所以容易獲得較好的調(diào)節(jié)效果。 7.2.2 PID算法程序設(shè)計(jì)算法程序設(shè)計(jì)位置型位置型 kjDIPTkekeTjeTTkeKkU0)1()()()()()()(keKkUPp 比例輸出：比例輸出： )1()()( kekeKkUDD微分輸出：微分輸出：)1()( )()( )()(100 kUkeKjeKkeKjeKkUIIkjIIkjII積分輸出：積分輸出：)()()()(kUkUkUkUDIP 位置型框圖位置型框圖PID算法程序設(shè)計(jì)算法程序設(shè)計(jì)增量型增量型 )2()1(2)()

12、()1()()( kekekeKkeKkekeKkUDIP )1()()( kekeKkUPP比例輸出：比例輸出：)()(keKkUII 積分輸出：積分輸出： )2()1(2)()( kekekeKkUDD微分輸出：微分輸出：)()()()(kUkUkUkUDIP 增量型程序流程圖增量型程序流程圖7.3 數(shù)字?jǐn)?shù)字PID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問(wèn)題調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問(wèn)題n7.3.1 正、反作用問(wèn)題n7.3.2 飽和作用的抑制n7.3.3 手動(dòng)/自動(dòng)跟蹤及手動(dòng)后援問(wèn)題7.3.1 正、反作用問(wèn)題正、反作用問(wèn)題n適應(yīng)不同被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋控制的需要適應(yīng)不同被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋控制的需要n正作用指調(diào)節(jié)器的輸出正作用

13、指調(diào)節(jié)器的輸出u應(yīng)隨著被調(diào)量應(yīng)隨著被調(diào)量y的增大而增大，的增大而增大，此時(shí)整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的增益為此時(shí)整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的增益為“+”n反作用指調(diào)節(jié)器的輸出反作用指調(diào)節(jié)器的輸出u應(yīng)隨著被調(diào)量應(yīng)隨著被調(diào)量y的增大而減小，的增大而減小，調(diào)節(jié)器的增益為調(diào)節(jié)器的增益為“-”n負(fù)反饋要求閉合回路上所有環(huán)節(jié)的增益乘積為正負(fù)反饋要求閉合回路上所有環(huán)節(jié)的增益乘積為正n留意：調(diào)節(jié)器正作用方式時(shí)留意：調(diào)節(jié)器正作用方式時(shí)Kc為負(fù)；反作用時(shí)為負(fù)；反作用時(shí)Kc為正為正被控對(duì)象是一個(gè)蒸汽加熱過(guò)程，保持介質(zhì)在某一設(shè)定溫度上。假定蒸被控對(duì)象是一個(gè)蒸汽加熱過(guò)程，保持介質(zhì)在某一設(shè)定溫度上。假定蒸汽閥的開(kāi)度隨著控制信號(hào)汽閥的開(kāi)度隨著控制信號(hào)

14、u的增大而增大增益為的增大而增大增益為+），介質(zhì)溫度會(huì)），介質(zhì)溫度會(huì)隨著隨著u的增大而升高，此時(shí)是什么作用？的增大而升高，此時(shí)是什么作用？介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度控制信號(hào)控制信號(hào)u介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度控制信號(hào)控制信號(hào)u被控對(duì)象是一個(gè)冷卻過(guò)程，保持介質(zhì)在某一設(shè)定溫度上。假定冷卻劑被控對(duì)象是一個(gè)冷卻過(guò)程，保持介質(zhì)在某一設(shè)定溫度上。假定冷卻劑調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度隨著控制信號(hào)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度隨著控制信號(hào)u的增大而增大增益為的增大而增大增益為+），介質(zhì)溫度），介質(zhì)溫度會(huì)隨著會(huì)隨著u的增大而降低，此時(shí)是什么作用？的增大而降低，此時(shí)是什么作用？介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度控制信號(hào)控制信號(hào)u介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度控制信號(hào)控制信號(hào)u7.3.2 飽和作用

15、的抑制飽和作用的抑制c采用采用PI控制器控制器,采用氣動(dòng)調(diào)節(jié)器采用氣動(dòng)調(diào)節(jié)器0.020.1MPa)t0 t1 階段：階段：t0開(kāi)始加熱開(kāi)始加熱,水溫低，小水溫低，小于于r，正偏差較大，調(diào)節(jié)器輸出大，正偏差較大，調(diào)節(jié)器輸出大，最后可達(dá)最后可達(dá)0.14MPa(氣源壓力）氣源壓力）,進(jìn)入進(jìn)入深度飽和深度飽和t1 t2 階段：水溫升高，但小于設(shè)階段：水溫升高，但小于設(shè)定值，調(diào)節(jié)器輸出不會(huì)下降定值，調(diào)節(jié)器輸出不會(huì)下降t2 t3 ：偏差反向調(diào)節(jié)器輸出減小，：偏差反向調(diào)節(jié)器輸出減小，但因?yàn)檩敵鰵鈮捍笥诘驗(yàn)檩敵鰵鈮捍笥?.1MPa，調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥仍處于全開(kāi)狀態(tài)溫度不會(huì)下降。閥仍處于全開(kāi)狀態(tài)溫度不會(huì)下降。t3

16、以后：調(diào)節(jié)閥開(kāi)始關(guān)小，但溫度以后：調(diào)節(jié)閥開(kāi)始關(guān)小，但溫度已經(jīng)大大超過(guò)設(shè)定值已經(jīng)大大超過(guò)設(shè)定值？在電子電路和計(jì)算機(jī)里？在電子電路和計(jì)算機(jī)里的表現(xiàn)形式是什么？的表現(xiàn)形式是什么？1.遇限削弱積分法遇限削弱積分法這種修正方法的基本思這種修正方法的基本思想是想是:一旦控制量進(jìn)入飽一旦控制量進(jìn)入飽和區(qū)和區(qū),則停止進(jìn)行增大積則停止進(jìn)行增大積分的運(yùn)算分的運(yùn)算.計(jì)算計(jì)算P(k)時(shí)判斷上一次時(shí)判斷上一次控制量輸出控制量輸出P(k-1)是否是否超出限制范圍，如果超超出限制范圍，如果超出根據(jù)偏差的符號(hào)決定出根據(jù)偏差的符號(hào)決定是否加入積分累積是否加入積分累積12位位D/A，4095，若計(jì)算出來(lái)，若計(jì)算出來(lái)的的u大于大于

17、4095，則停止積分累積，則停止積分累積遇險(xiǎn)削弱積分的PID算法流程圖2.有效偏差法有效偏差法對(duì)位置式控制量輸對(duì)位置式控制量輸出出Pk)超出限制范超出限制范圍時(shí)，控制量取邊圍時(shí)，控制量取邊界值，對(duì)應(yīng)閥門的界值，對(duì)應(yīng)閥門的位置位置0%和和100%。有效偏差實(shí)際上是有效偏差實(shí)際上是通過(guò)控制量反算偏通過(guò)控制量反算偏差，把對(duì)應(yīng)于差，把對(duì)應(yīng)于0或或100的控制量的偏差的控制量的偏差作為有效偏差進(jìn)行作為有效偏差進(jìn)行積分，而不采用實(shí)積分，而不采用實(shí)際的偏差際的偏差3.限位問(wèn)題限位問(wèn)題N N帶限位的PID運(yùn)算程序帶限位的PID運(yùn)算程序PID運(yùn)算PID運(yùn)算P(k)PP(k)PP(k)Pmaxmax？P P(k)

18、=P(k)=PminminP(k)=PP(k)=PmaxmaxPID輸出PID輸出返回返回出于安全或其它工藝問(wèn)題考慮出于安全或其它工藝問(wèn)題考慮需要將調(diào)節(jié)閥限制在一定的范圍需要將調(diào)節(jié)閥限制在一定的范圍內(nèi)內(nèi)如防止加熱爐熄火，限制調(diào)節(jié)閥如防止加熱爐熄火，限制調(diào)節(jié)閥的最小開(kāi)度的最小開(kāi)度一般在進(jìn)行輸出之前進(jìn)行限制一般在進(jìn)行輸出之前進(jìn)行限制7.3.3 手動(dòng)手動(dòng)/自動(dòng)跟蹤及手動(dòng)后援問(wèn)題自動(dòng)跟蹤及手動(dòng)后援問(wèn)題A/DA/DRPRP電流源電流源電流源電流源D/AD/A去微型機(jī)去微型機(jī)去微型機(jī)去微型機(jī)（SW）（SW）SASA2 21 12211接執(zhí)行機(jī)構(gòu)接執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)自微型機(jī)來(lái)自微型機(jī)+5V+5V手自動(dòng)切換的意義手自

19、動(dòng)切換的意義需要兩個(gè)信號(hào)需要兩個(gè)信號(hào)自動(dòng)自動(dòng)/手動(dòng)狀態(tài)手動(dòng)狀態(tài)手動(dòng)時(shí)的閥位值手動(dòng)時(shí)的閥位值？此信號(hào)代表？此信號(hào)代表什么意思什么意思實(shí)現(xiàn)的方法：實(shí)現(xiàn)的方法：手動(dòng)手動(dòng)自動(dòng)切換時(shí)自動(dòng)切換時(shí)第一次自動(dòng)的輸出：第一次自動(dòng)的輸出：0)()(PkPkPP(k)增量增量PID運(yùn)算的輸出，運(yùn)算的輸出，P0切換時(shí)刻的閥位開(kāi)度從何而來(lái)？）切換時(shí)刻的閥位開(kāi)度從何而來(lái)？）) 1()()(kPkPkP以后的輸出以后的輸出如果從自動(dòng)向手動(dòng)切換，該系統(tǒng)能否實(shí)如果從自動(dòng)向手動(dòng)切換，該系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換？現(xiàn)無(wú)擾切換？7.4 幾種發(fā)展的幾種發(fā)展的PID算法算法n7.4.1 不完全微分的不完全微分的PID算式算式n7.4.2 積分

20、分離的積分分離的PID算式算式n7.4.3 變速積分變速積分PID算式算式n7.4.4 帶死區(qū)的帶死區(qū)的PID算式算式n7.4.5 PID比率控制比率控制7.4.1 不完全微分的不完全微分的PID算式算式比例項(xiàng)比例項(xiàng)微分項(xiàng)微分項(xiàng)積分項(xiàng)積分項(xiàng)0 0 T T5T5T10T10Tt tP(kT)P(kT)15T15T比例項(xiàng)比例項(xiàng)微分項(xiàng)微分項(xiàng)積分項(xiàng)積分項(xiàng)0 0 T T5T5T10T10TP(kT)P(kT)15T15T(b)不完全微分式(b)不完全微分式(a)完全微分式(a)完全微分式微分作用對(duì)高頻干擾過(guò)于靈敏，容易引起控制系統(tǒng)振蕩，降低調(diào)節(jié)質(zhì)微分作用對(duì)高頻干擾過(guò)于靈敏，容易引起控制系統(tǒng)振蕩，降低調(diào)節(jié)

21、質(zhì)量。微機(jī)控制是實(shí)時(shí)的，每一回路輸出時(shí)間是短暫的，而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器量。微機(jī)控制是實(shí)時(shí)的，每一回路輸出時(shí)間是短暫的，而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器動(dòng)作又需要一定時(shí)間，如果輸出較大，在短時(shí)間內(nèi)執(zhí)行器達(dá)不到應(yīng)有動(dòng)作又需要一定時(shí)間，如果輸出較大，在短時(shí)間內(nèi)執(zhí)行器達(dá)不到應(yīng)有的相應(yīng)開(kāi)度，會(huì)使輸出失真，為克服這一缺陷可采用不完全微分的相應(yīng)開(kāi)度，會(huì)使輸出失真，為克服這一缺陷可采用不完全微分PIDPID算法。既可保證微分作用有效，又可使執(zhí)行器動(dòng)作連續(xù)。算法。既可保證微分作用有效，又可使執(zhí)行器動(dòng)作連續(xù)。 P245 SKTSTSTKSESPdDDIP*111)()( STSTKSESUSDDIP11)()()()()()(SPSPSPD

22、PI )(11)(*SESTKSPIPPI )(1)(*SESKTSTKSPdDDDP kjPIjETTkEKkPIP0*)()()( )()(1*SESTKSPSKTDPDdD dtdeTKPdtdPKTDPDDdD* 利用微分代替算子利用微分代替算子S利用增量代替微分利用增量代替微分TkEkETKkPTkPkPKTDPDDDdD)1()()()1()(* TkEkETKkPTkPkPKTDPDDDdD)1()()()1()(* )1()1()()(* kPKTkEkETKkPTKTDdDDdDDP )1()1()()(* kPkEkETTKkPDDsDP TKTTdDs *TKTKTddD

23、D * )1()1()()()()(0* kPkEkETTjETTkEKkPDkjDsDIDP 比理想比理想PID算法多出來(lái)的算法多出來(lái)的7.4.2 積分分離的積分分離的PID控制控制當(dāng)有較大的擾動(dòng)或大幅度改變給定值時(shí)，偏差較大，而系統(tǒng)通當(dāng)有較大的擾動(dòng)或大幅度改變給定值時(shí)，偏差較大，而系統(tǒng)通常有慣性和滯后，積分作用下，產(chǎn)生大的超調(diào)和多次振蕩，為常有慣性和滯后，積分作用下，產(chǎn)生大的超調(diào)和多次振蕩，為此，采用積分分離，即偏差此，采用積分分離，即偏差e(k)較大進(jìn)取消積分作用，當(dāng)較大進(jìn)取消積分作用，當(dāng)e(k)較較小時(shí)才將積分作用投入小時(shí)才將積分作用投入即即 采用采用 PD )(ke)(ke開(kāi)始引入積

24、分作用開(kāi)始引入積分作用積分分離PID積分分離PID一般PID一般PID1 12 2R Rt t0 0m(t)m(t)可降低被控量的超調(diào)量，縮短可降低被控量的超調(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，但閥值調(diào)節(jié)時(shí)間，但閥值應(yīng)根據(jù)具應(yīng)根據(jù)具體對(duì)象及控制要求確定體對(duì)象及控制要求確定過(guò)大則達(dá)不到積分分離作用；過(guò)大則達(dá)不到積分分離作用；過(guò)小，只有過(guò)小，只有PDPD控制，系統(tǒng)無(wú)控制，系統(tǒng)無(wú)法消除靜差。法消除靜差。采用 PID積分分離積分分離PID控制程序流程圖控制程序流程圖積分分離PID積分分離PID控制程序控制程序取給定值R(k)和測(cè)量值Mi(k)取給定值R(k)和測(cè)量值Mi(k)E(k)A?E(k)A?N NY Y求偏差

25、E(k)=R(k)-Mi(k)求偏差E(k)=R(k)-Mi(k)P(k)=KP(k)=KP PE(k)-E(k-1)+KE(k)-E(k-1)+KI IE(k)E(k)+K+KD DE(k)-2E(k-1)+E(k-2)E(k)-2E(k-1)+E(k-2)P(k)=KP(k)=KP PE(k)-E(k-1)+E(k)-E(k-1)+K KD DE(k)-2E(k-1)+E(k-2)E(k)-2E(k-1)+E(k-2)7.4.3 變速積分的變速積分的PID控制控制在普通的在普通的PID調(diào)節(jié)算法中，由于積分系數(shù)調(diào)節(jié)算法中，由于積分系數(shù)KI是常數(shù)，是常數(shù)，因此，在整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程中，積分增益不變。

26、但系統(tǒng)對(duì)因此，在整個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程中，積分增益不變。但系統(tǒng)對(duì)積分項(xiàng)的要求是系統(tǒng)偏差大時(shí)積分作用減弱以至全無(wú)，積分項(xiàng)的要求是系統(tǒng)偏差大時(shí)積分作用減弱以至全無(wú)，而在小偏差時(shí)則應(yīng)加強(qiáng)。否則，積分系數(shù)取大了會(huì)產(chǎn)而在小偏差時(shí)則應(yīng)加強(qiáng)。否則，積分系數(shù)取大了會(huì)產(chǎn)生超調(diào)，甚至積分飽和，取小了又遲遲不能消除靜差。生超調(diào)，甚至積分飽和，取小了又遲遲不能消除靜差。采用變速積分可以很好地解決這一問(wèn)題。采用變速積分可以很好地解決這一問(wèn)題。變速積分的基本思想是設(shè)法改變積分項(xiàng)的累加速度，變速積分的基本思想是設(shè)法改變積分項(xiàng)的累加速度，使其與偏差的大小相對(duì)應(yīng)：偏差越大，積分越慢；偏使其與偏差的大小相對(duì)應(yīng)：偏差越大，積分越慢；偏差越小

27、，積分越快。差越小，積分越快。變速積分如何實(shí)現(xiàn)？變速積分如何實(shí)現(xiàn)？變速積分是使積分項(xiàng)的累加速度與偏差大小相應(yīng)，為此設(shè)一系數(shù)變速積分是使積分項(xiàng)的累加速度與偏差大小相應(yīng)，為此設(shè)一系數(shù)fe(k)，它為它為e(k)函數(shù)，變速積分函數(shù)，變速積分PID中積分項(xiàng)為中積分項(xiàng)為 10)(kjIIkekefkeKkU )()( 0)(| )(| )( Be(k) 1)(BAkeBAkeBABkeAkeffe(k)與當(dāng)前偏差與當(dāng)前偏差e(k)是線性或非線性關(guān)系，是線性或非線性關(guān)系， f值在值在01區(qū)間變化區(qū)間變化偏差大，不累加偏差大，不累加 kjIIjeKU0)(累加部分當(dāng)前偏差累加部分當(dāng)前偏差與積分分離相比，很類

28、似，但調(diào)節(jié)方式不同積分分離采用的為與積分分離相比，很類似，但調(diào)節(jié)方式不同積分分離采用的為“開(kāi)開(kāi)關(guān)控制，而變速積分則是緩慢變化，其調(diào)節(jié)品質(zhì)大為提高關(guān)控制，而變速積分則是緩慢變化，其調(diào)節(jié)品質(zhì)大為提高 7.4.4 帶死區(qū)的帶死區(qū)的PID算式算式消除由于頻繁動(dòng)作所引起的振蕩消除由于頻繁動(dòng)作所引起的振蕩BPIDE( (k) )P(k)B0K=1K=0.5K=0.25K=0 BkEkPKBkEkPkP)()()()()(可調(diào)參數(shù)可調(diào)參數(shù)K、BK=1 or B=0PID根據(jù)對(duì)象特性來(lái)決定二者的值根據(jù)對(duì)象特性來(lái)決定二者的值7.4.5 PID比率控制比率控制工作原理工作原理確定一個(gè)主流量和一個(gè)確定一個(gè)主流量和一

29、個(gè)副流量副流量簡(jiǎn)單的比率控制是一個(gè)簡(jiǎn)單的比率控制是一個(gè)單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)本質(zhì)：流量隨動(dòng)跟蹤系本質(zhì)：流量隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，副流量按一定比例統(tǒng)，副流量按一定比例跟隨主流量的變化。跟隨主流量的變化。設(shè)定值不再是一個(gè)定值，設(shè)定值不再是一個(gè)定值，而是一個(gè)與主流量成比而是一個(gè)與主流量成比例的量例的量采用計(jì)算機(jī)成本低、靈采用計(jì)算機(jī)成本低、靈活可靠活可靠7.5 PID參數(shù)的整定方法參數(shù)的整定方法7.5.1 采樣周期采樣周期T的確定的確定 7.5.2 擴(kuò)充臨界比例度法擴(kuò)充臨界比例度法7.5.3 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法擴(kuò)充響應(yīng)曲線法7.5.4 歸一參數(shù)整定法歸一參數(shù)整定法7.5.5 優(yōu)選法優(yōu)選法 7.5.1 采樣周

30、期的確定采樣周期的確定首要因素首要因素香農(nóng)采樣定理香農(nóng)采樣定理系統(tǒng)采樣頻率的下限為系統(tǒng)采樣頻率的下限為fs2fmax，此時(shí)系統(tǒng)可真實(shí)地，此時(shí)系統(tǒng)可真實(shí)地恢復(fù)到原來(lái)的連續(xù)信號(hào)決定恢復(fù)到原來(lái)的連續(xù)信號(hào)決定T1/2fmax，也即系統(tǒng)最，也即系統(tǒng)最大的采樣周期大的采樣周期TMAX次要因素次要因素計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能力計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能力根據(jù)微機(jī)運(yùn)算速度及輸入輸出所耗時(shí)間根據(jù)微機(jī)運(yùn)算速度及輸入輸出所耗時(shí)間T應(yīng)有一最應(yīng)有一最小值小值TMIN 采樣周期采樣周期T T 既不能太大也不能太小。既不能太大也不能太小。T T 太小，增加了計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)要求運(yùn)算速度高不利于發(fā)揮計(jì)算太小，增加了計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)要求運(yùn)算速度高不利于發(fā)揮

31、計(jì)算機(jī)的功能；另外，機(jī)的功能；另外，T T 太小導(dǎo)致兩次采樣間的偏差變化太小以致輸出太小導(dǎo)致兩次采樣間的偏差變化太小以致輸出值變化不大；值變化不大；T T 太大，不滿足采樣定理，信息損失增大。太大，不滿足采樣定理，信息損失增大。 TMIN T TMAXTMIN T TMAX綜合考慮綜合考慮影響采樣周期的因素影響采樣周期的因素作用于系統(tǒng)的擾動(dòng)信號(hào)頻率：輸入信號(hào)頻率越高，采樣作用于系統(tǒng)的擾動(dòng)信號(hào)頻率：輸入信號(hào)頻率越高，采樣頻率越高頻率越高T T越小這樣才可反應(yīng)輸入信號(hào)的變化。越小這樣才可反應(yīng)輸入信號(hào)的變化。 被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性：被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性：當(dāng)系統(tǒng)中僅是慣性時(shí)間常數(shù)起作用時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)中僅是慣性

32、時(shí)間常數(shù)起作用時(shí)，s10m, s10m, mm為系統(tǒng)的通頻帶。為系統(tǒng)的通頻帶。當(dāng)系統(tǒng)中純滯后時(shí)間當(dāng)系統(tǒng)中純滯后時(shí)間占一定份量時(shí)，占一定份量時(shí)， ；當(dāng)系統(tǒng)中純滯后時(shí)間當(dāng)系統(tǒng)中純滯后時(shí)間占主導(dǎo)地位時(shí)，占主導(dǎo)地位時(shí)，TT；10 T受控物理量受控物理量 采樣周期采樣周期S S 備注備注 流量流量15優(yōu)先選（優(yōu)先選（12）壓力壓力310優(yōu)先選（優(yōu)先選（68）液位液位68優(yōu)先選（優(yōu)先選（7）溫度溫度1520取純滯后時(shí)間常數(shù)取純滯后時(shí)間常數(shù)成分成分1520優(yōu)先選（優(yōu)先選（18）n從執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性要求來(lái)看，有時(shí)需要輸出信號(hào)保持一從執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性要求來(lái)看，有時(shí)需要輸出信號(hào)保持一定的寬度。采樣周期必須大于這一時(shí)間

33、。定的寬度。采樣周期必須大于這一時(shí)間。n從控制系統(tǒng)的隨動(dòng)和抗干擾的性能來(lái)看，要求采樣周期從控制系統(tǒng)的隨動(dòng)和抗干擾的性能來(lái)看，要求采樣周期短些。短些。 n從微機(jī)的工作量和每個(gè)調(diào)節(jié)回路的計(jì)算來(lái)看，控制回路從微機(jī)的工作量和每個(gè)調(diào)節(jié)回路的計(jì)算來(lái)看，控制回路多，一般要求采樣周期大。多，一般要求采樣周期大。 n對(duì)象要求的控制精度高，采樣周期應(yīng)短，以減小控制的對(duì)象要求的控制精度高，采樣周期應(yīng)短，以減小控制的滯后。滯后。 選擇方法：計(jì)算法和經(jīng)驗(yàn)試湊法選擇方法：計(jì)算法和經(jīng)驗(yàn)試湊法PID調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)控制性能影響調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)控制性能影響 比例控制比例控制KPKP加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快；加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈

34、敏，速度加快；KP過(guò)大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)；加長(zhǎng)；KP過(guò)大，使系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定；若過(guò)大，使系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定；若KP過(guò)小，又會(huì)使系統(tǒng)動(dòng)作緩慢。過(guò)小，又會(huì)使系統(tǒng)動(dòng)作緩慢。加大加大KP在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差ess，提高控制精度，但加大，提高控制精度，但加大KP卻不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。卻不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。 積分控制積分控制TI積分控制通常與比例或微分控制聯(lián)合作用構(gòu)成積分控制通常與比例或微分控制聯(lián)合作用構(gòu)成PI，PID積分控制參數(shù)積分控制參數(shù)TI通常使通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；TI太小，系統(tǒng)將不穩(wěn)定，振蕩次

35、數(shù)較多；太小，系統(tǒng)將不穩(wěn)定，振蕩次數(shù)較多；TI太大，積分太大，積分作用減少。作用減少。積分控制能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但積分控制能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但TI過(guò)大，積分作用太弱，過(guò)大，積分作用太弱，以至不能減小以至不能減小ess。 微分控制微分控制TD微分控制可以改善動(dòng)態(tài)特性，減小超調(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，但當(dāng)微分控制可以改善動(dòng)態(tài)特性，減小超調(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，但當(dāng)TD偏大偏小，偏大偏小，超調(diào)量大、調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，只有超調(diào)量大、調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，只有TD合適，才可以得到滿意的過(guò)渡過(guò)程。合適，才可以得到滿意的過(guò)渡過(guò)程。另外，微分對(duì)搞高頻干擾不利。另外，微分對(duì)搞高頻干擾不利。 7.5

36、.2 擴(kuò)充臨界比例度法擴(kuò)充臨界比例度法選擇一個(gè)足夠短的采樣周期選擇一個(gè)足夠短的采樣周期Tmin，即，即Tmin選擇為對(duì)象純滯后時(shí)間的選擇為對(duì)象純滯后時(shí)間的十分之一之下。十分之一之下。用選定的采樣周期用選定的采樣周期Tmin輸入計(jì)算機(jī)，并只用比例控制，使系統(tǒng)閉環(huán)輸入計(jì)算機(jī)，并只用比例控制，使系統(tǒng)閉環(huán)工作，然后，逐漸減小比例度工作，然后，逐漸減小比例度=1/Kp 即逐漸加大比例系數(shù)，直到系統(tǒng)即逐漸加大比例系數(shù)，直到系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩，記下使系統(tǒng)發(fā)生振蕩的臨界比例度產(chǎn)生等幅振蕩，記下使系統(tǒng)發(fā)生振蕩的臨界比例度 K及臨界振蕩周期及臨界振蕩周期TK TkC(t)t選擇控制度。所謂控制度就是以模擬調(diào)節(jié)器為基

37、選擇控制度。所謂控制度就是以模擬調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)，將數(shù)字控制的效果與模擬控制效果相比較，控礎(chǔ)，將數(shù)字控制的效果與模擬控制效果相比較，控制效果的評(píng)價(jià)函數(shù)通常用誤差平方積分表示制效果的評(píng)價(jià)函數(shù)通常用誤差平方積分表示02)( dtte0202)()(模擬數(shù)字控制度dttedtte選定一控制度，查表選定一控制度，查表P251P251，7-27-2），就可求得），就可求得T T、KPKP、TITI、TDTD。 7.5.3 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法擴(kuò)充響應(yīng)曲線法 用儀表記錄下被調(diào)量在階躍信號(hào)輸入的整個(gè)響應(yīng)過(guò)程曲線飛升用儀表記錄下被調(diào)量在階躍信號(hào)輸入的整個(gè)響應(yīng)過(guò)程曲線飛升曲線）。曲線）。在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時(shí)

38、間在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時(shí)間 ，被控對(duì)象時(shí)間常數(shù)，被控對(duì)象時(shí)間常數(shù)T及它們的比值及它們的比值T/，查表，查表P252，7-3即可得數(shù)字控制器的即可得數(shù)字控制器的KP、TI、TD及采樣周期及采樣周期T T數(shù)字控制器不接入控制系數(shù)字控制器不接入控制系統(tǒng)，讓系統(tǒng)處于手動(dòng)操作狀統(tǒng)，讓系統(tǒng)處于手動(dòng)操作狀態(tài)，將被調(diào)量調(diào)節(jié)到給定值態(tài)，將被調(diào)量調(diào)節(jié)到給定值附近，并使之穩(wěn)定下來(lái)。然附近，并使之穩(wěn)定下來(lái)。然后，突然改變手動(dòng)值，給對(duì)后，突然改變手動(dòng)值，給對(duì)象一個(gè)階躍輸入信號(hào)。象一個(gè)階躍輸入信號(hào)。7.5.3歸一參數(shù)整定法歸一參數(shù)整定法 增量型增量型PID控制的公式控制的公式)2()1(2)()()1()()

39、( kekekeTTkeTTkekeKkUDIP)2(25. 1) 1(5 . 3)(45. 2)(kekekeKkUP如令如令 T=0.1TK TI=0.5TK TD=0.125TK， TK純比純比例作用下的臨界振蕩周期例作用下的臨界振蕩周期這樣，整個(gè)問(wèn)題簡(jiǎn)化為只要整定一個(gè)參數(shù)這樣，整個(gè)問(wèn)題簡(jiǎn)化為只要整定一個(gè)參數(shù)KPKP，改變，改變KPKP，觀察控制效，觀察控制效果，直到滿意為止，故稱為歸一參數(shù)整定法。果，直到滿意為止，故稱為歸一參數(shù)整定法。 湊試法確定湊試法確定PIDPID參數(shù)參數(shù) 根據(jù)根據(jù)KPKP、TITI、TDTD對(duì)系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)特性的影響，采用湊試法對(duì)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)特性的影響，采用

40、湊試法對(duì)參數(shù)實(shí)行實(shí)行“先比例，后積分，再微分的整定。先比例，后積分，再微分的整定。 首先只整定比例部分，即將比例系數(shù)首先只整定比例部分，即將比例系數(shù)KPKP由小變大，直到得到反應(yīng)快，由小變大，直到得到反應(yīng)快，超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒(méi)有靜差或靜差已小到允許的范圍內(nèi)，超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒(méi)有靜差或靜差已小到允許的范圍內(nèi)，并且響應(yīng)曲線已屬滿意，只需用比例調(diào)節(jié)器即可。并且響應(yīng)曲線已屬滿意，只需用比例調(diào)節(jié)器即可。 如果在如果在1 1比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則需加入積分環(huán)節(jié)。整定時(shí)，首先置積分時(shí)間需加入積分環(huán)節(jié)。整定時(shí)，首先置積分

41、時(shí)間TITI為一較大值，并將第為一較大值，并將第一步整定得到的比例系數(shù)略為縮小一步整定得到的比例系數(shù)略為縮小0.8 KP0.8 KP），然后減小積分時(shí)間，），然后減小積分時(shí)間，使在保持系統(tǒng)良好動(dòng)態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。在此過(guò)程中，使在保持系統(tǒng)良好動(dòng)態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。在此過(guò)程中，可反復(fù)改變比例系數(shù)與積分時(shí)間，得到滿意的控制效果和整定參數(shù)?？煞磸?fù)改變比例系數(shù)與積分時(shí)間，得到滿意的控制效果和整定參數(shù)。 若使用比例積分調(diào)節(jié)消除了靜差，但動(dòng)態(tài)過(guò)程反復(fù)調(diào)整仍不能滿意，若使用比例積分調(diào)節(jié)消除了靜差，但動(dòng)態(tài)過(guò)程反復(fù)調(diào)整仍不能滿意，則可加入微分環(huán)節(jié)則可加入微分環(huán)節(jié)PIDPID，在整定時(shí)，可先置

42、微分時(shí)間，在整定時(shí)，可先置微分時(shí)間TDTD為零，在第一為零，在第一步整定的基礎(chǔ)上，增大步整定的基礎(chǔ)上，增大TDTD，同時(shí)相應(yīng)改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，逐，同時(shí)相應(yīng)改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，逐步湊試，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果。步湊試，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果。 整定口訣整定口訣參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查先是比例后積分，最后再把微分加先是比例后積分，最后再把微分加曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)曲線波

43、動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)曲線振蕩頻率快，先把微分降下來(lái)曲線振蕩頻率快，先把微分降下來(lái)動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)理想曲線兩個(gè)波，前高后低理想曲線兩個(gè)波，前高后低4比比1一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低施密斯施密斯SmithSmith預(yù)估控制預(yù)估控制 D(S)GP(S)e-s s+ +- -r(t)e(t)u(t)y(t)D(S)GP(S)e-ss+ +- -r(t)e(t)u(t)y(t)Gm(S)+ + +y(s)被控對(duì)象傳函被控對(duì)象傳函Gp(S)e-SGp(S)e-S的傳函，由于存在純滯后，控制信號(hào)的傳函，由于存在純滯后，控制信號(hào)

44、作用于被控對(duì)象后輸出要滯后作用于被控對(duì)象后輸出要滯后。為此，需要一環(huán)節(jié)來(lái)補(bǔ)償控。為此，需要一環(huán)節(jié)來(lái)補(bǔ)償控制對(duì)象中的純滯后部分。制對(duì)象中的純滯后部分。 seSGSUSY )()()()()()()( SGeSGSUSYMs D(S)GP(S)e-ss+ +- -r(t)e(t)u(t)y(t)GP(S)(1-e-ss) )+ +- -y(t)D(s)1)()(1)()(SeSGSDSDSD 為了使調(diào)節(jié)器采集的信號(hào)為了使調(diào)節(jié)器采集的信號(hào)Y(s)不遲延不遲延，要求上式為：，要求上式為：)()()()()( SGSGeSGSUSYPMs )1)()(sMeSGSG 預(yù)估補(bǔ)償器傳函預(yù)估補(bǔ)償器傳函SSSe

45、SGSDSGSDeSGSDeSGSDS)()(1)()()()(1)()()(閉環(huán)傳函閉環(huán)傳函由此看到，純滯后部分由此看到，純滯后部分e-Se-S移到了閉環(huán)回路之外，它不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)移到了閉環(huán)回路之外，它不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，消除了純滯后對(duì)系統(tǒng)的影響。定性，消除了純滯后對(duì)系統(tǒng)的影響。 e-s e-s的作用只是將控制作用在時(shí)的作用只是將控制作用在時(shí)間上推移了一個(gè)時(shí)間間上推移了一個(gè)時(shí)間.控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及性能指標(biāo)與被控對(duì)象為控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及性能指標(biāo)與被控對(duì)象為Gp(S)Gp(S)完全相同完全相同 具有純滯后補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制器具有純滯后補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制器有兩部分組成：數(shù)字有兩部分組成：數(shù)字PID

46、控制器；由控制器；由D(s)離散化得到離散化得到 施密斯預(yù)估器施密斯預(yù)估器滯后環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)方法？滯后環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)方法？在內(nèi)存中設(shè)在內(nèi)存中設(shè)N N個(gè)單元用于存放信號(hào)個(gè)單元用于存放信號(hào)m(k)m(k)的歷史數(shù)據(jù)，采用的歷史數(shù)據(jù)，采用FIFOFIFO方式方式存儲(chǔ)單元的數(shù)目？存儲(chǔ)單元的數(shù)目？N=/T； 純滯后時(shí)間，純滯后時(shí)間，T采樣周期采樣周期m(k)施密斯預(yù)估器輸出計(jì)算施密斯預(yù)估器輸出計(jì)算施密斯預(yù)估器等效形式施密斯預(yù)估器等效形式u(k) 控制器輸出控制器輸出y(k)預(yù)估器輸出預(yù)估器輸出如何算？如何算？計(jì)算計(jì)算u(k) 經(jīng)過(guò)對(duì)象傳函的輸出經(jīng)過(guò)對(duì)象傳函的輸出m(k)計(jì)算預(yù)估器輸出計(jì)算預(yù)估器輸出 y(k)= m(

47、k)- m(k-N)假定對(duì)象可由一階慣性環(huán)節(jié)和純滯后環(huán)節(jié)的串聯(lián)表示sffspcesTKesGsG 1)()(Kf 被控對(duì)象放大系數(shù)，被控對(duì)象放大系數(shù)， 純滯后時(shí)間純滯后時(shí)間Tf 被控對(duì)象時(shí)間常數(shù)被控對(duì)象時(shí)間常數(shù)預(yù)估補(bǔ)償器傳函：預(yù)估補(bǔ)償器傳函：)1(1)1)()(sffsesTKeSGSG m(k)控制算法步驟控制算法步驟計(jì)算反饋回路偏差計(jì)算反饋回路偏差 e1(k)=r(k)-y(k)計(jì)算純滯后補(bǔ)償器輸出計(jì)算純滯后補(bǔ)償器輸出y(k)1(1)1)()()(NTsffsesTKeSGsUsY 化成微分方程式化成微分方程式 )()()()(NTtutuKtydttdyTff 化成差分方程式化成差分方程

48、式 ffTTfTTeKeaNkukubkayky1b ,)1()1()1()( 計(jì)算控制器輸出計(jì)算控制器輸出u(k). 當(dāng)控制器采用當(dāng)控制器采用PID算法時(shí)：算法時(shí)：計(jì)算偏差計(jì)算偏差e2(k) e2(k)= e1(k) -y(k) )2()1(2)()()1()( )()1()(222222 kekekeKkeKkekeKkukukuDIP串級(jí)控制技術(shù)串級(jí)控制技術(shù) 串級(jí)控制是在單回路串級(jí)控制是在單回路PID控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種控制技術(shù)?？刂苹A(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種控制技術(shù)。目的是解決系統(tǒng)中同時(shí)有幾個(gè)因素影響同一個(gè)被控量的問(wèn)題。在目的是解決系統(tǒng)中同時(shí)有幾個(gè)因素影響同一個(gè)被控量的問(wèn)題。在原控制回路

49、中增加一個(gè)或幾個(gè)控制內(nèi)回路，控制可能引起被控量原控制回路中增加一個(gè)或幾個(gè)控制內(nèi)回路，控制可能引起被控量變化的其它因素，抑制被控對(duì)象的時(shí)滯性，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的變化的其它因素，抑制被控對(duì)象的時(shí)滯性，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性快速性工藝要求被加熱的出料溫度保持為某一定值，所以出口溫度為被控量。工藝要求被加熱的出料溫度保持為某一定值，所以出口溫度為被控量。影響被控量的因素：被加熱物料的流量和溫度、煤氣管道的壓力、流影響被控量的因素：被加熱物料的流量和溫度、煤氣管道的壓力、流量等量等為使?fàn)t溫保持恒定值，選取為使?fàn)t溫保持恒定值，選取煤氣管道的閥門開(kāi)度為調(diào)節(jié)煤氣管道的閥門開(kāi)度為調(diào)節(jié)參數(shù)，檢測(cè)實(shí)際爐溫，并與參

50、數(shù)，檢測(cè)實(shí)際爐溫，并與給定值比較構(gòu)成單回路反饋給定值比較構(gòu)成單回路反饋控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。所有對(duì)爐溫的擾動(dòng)都包括在所有對(duì)爐溫的擾動(dòng)都包括在這一控制回路，都反映在爐這一控制回路，都反映在爐溫對(duì)給定值的偏差上，而且溫對(duì)給定值的偏差上，而且都由調(diào)節(jié)器都由調(diào)節(jié)器TCTC來(lái)調(diào)節(jié)煤氣閥來(lái)調(diào)節(jié)煤氣閥門開(kāi)度。門開(kāi)度。 實(shí)際上，煤氣總管道同時(shí)向?qū)嶋H上，煤氣總管道同時(shí)向許多爐子供氣，管道中的壓許多爐子供氣，管道中的壓力要波動(dòng)。對(duì)于同樣的閥門力要波動(dòng)。對(duì)于同樣的閥門開(kāi)度，由于煤氣壓力的變化，開(kāi)度，由于煤氣壓力的變化，煤氣流量要發(fā)生變化，最終煤氣流量要發(fā)生變化，最終將引起爐溫變化。此時(shí)系統(tǒng)將引起爐溫變化。此時(shí)系統(tǒng)只有檢測(cè)到爐溫變化，才進(jìn)只有檢測(cè)到爐溫變化，才進(jìn)行控制?？刂谱饔貌患皶r(shí)，行控制。控制作用不及時(shí)，系統(tǒng)克服干擾的能力差。系統(tǒng)克服干擾的能力差。 以爐溫作為主被控參以爐溫作為主被控參數(shù)，煤氣流量為副被數(shù)，煤氣流量為副被控參數(shù)它能及時(shí)反控參數(shù)它能及時(shí)反映擾動(dòng)的影響，使調(diào)映擾動(dòng)的影響，使調(diào)節(jié)器及時(shí)動(dòng)作），構(gòu)節(jié)器及時(shí)動(dòng)作），構(gòu)成串