數(shù)字PID及其改進(jìn)算法學(xué)習(xí)教案

1、數(shù)字?jǐn)?shù)字(shz)PID及其改進(jìn)算法及其改進(jìn)算法第一頁，共46頁。 課時(shí)課時(shí)(ksh)(ksh)授課計(jì)劃授課計(jì)劃第1頁/共45頁第二頁，共46頁。 課時(shí)授課課時(shí)授課(shuk)(shuk)計(jì)劃計(jì)劃第2頁/共45頁第三頁，共46頁。 課程課程(kchng)(kchng)提綱提綱第3頁/共45頁第四頁，共46頁。 課程課程(kchng)(kchng)提綱提綱第4頁/共45頁第五頁，共46頁。 課程課程(kchng)(kchng)提綱提綱第5頁/共45頁第六頁，共46頁。 Ki/S被控對(duì)象Kpr(t)e(t)c(t)KdSu(t)+-+模擬PID調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)框圖 課程內(nèi)容課程內(nèi)容1 1第6頁/共4

2、5頁第七頁，共46頁。 0ueKupKp比例(bl)系數(shù)；u0是控制量的基準(zhǔn)，也就是e0時(shí)的一種控制作用 te(t)（0t01tu(t)0t0u0KPeP調(diào)節(jié)器的階躍時(shí)間響應(yīng) 課程內(nèi)容課程內(nèi)容2 2第7頁/共45頁第八頁，共46頁。 00)1(uedtTeKutIPTI積分時(shí)間常數(shù) e01t0tc0u0t0tTiKpKpPI調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng) 課程內(nèi)容課程內(nèi)容3 3第8頁/共45頁第九頁，共46頁。 01t0te0u0t0tTiKpKpcdtdeTKuDPd00)1(udtdeTedtTeKuDtIPTD微分時(shí)間 （6-3） 課程內(nèi)容課程內(nèi)容4 4第9頁/共45頁第十頁，共46頁。 課程內(nèi)容課程

3、內(nèi)容5 5第10頁/共45頁第十一頁，共46頁。 課程內(nèi)容課程內(nèi)容6 6第11頁/共45頁第十二頁，共46頁。 Tkukudttdu) 1()()(Tkukudttud) 1()()(2TTkukuTkuku)2-(-) 1-() 1-(-)(2)2() 1(2)(Tkukuku11)(1sTsD11)()()(1sTSESUsD)()() 1(1sEsUsT)()()(1tetudttduT課程內(nèi)容課程內(nèi)容7 7第12頁/共45頁第十三頁，共46頁。 )()()(1kTekTukTuT)()()(1kekukuTTkukutu) 1()()()()()1()(1kekukukuTT)() 1

4、()(111keTTTkuTTTku)()1 ()(1ssDZzzD課程內(nèi)容課程內(nèi)容8 8第13頁/共45頁第十四頁，共46頁。 Tsez1)(1)(sDseZzDTs)()(sDsHZ)(sHsesHTs1)(T(1-e-Ts)/s)(sD)(te)(te)(teeh(t)課程內(nèi)容課程內(nèi)容9 9第14頁/共45頁第十五頁，共46頁。 11)(1sTsD111)(1sTseZzDTs) 1(1)1 (11sTsZz11111)1 (TssZz11111111)1 (zezzTT)1)(1 ()1 ()1 (111111zezzezTTTT11111)1 (zezeTTTT)()()(kekuk

5、D11111)1 (zezeTTTT) 1()1 () 1()(11keekuekuTTTT課程內(nèi)容課程內(nèi)容10 10第15頁/共45頁第十六頁，共46頁。 STsTTseeez22222821sTsTeT222821sTsTeT（6-11)TsTssTsTsTsTz221212212111112112zzTzzTs（6-15)課程內(nèi)容課程內(nèi)容11 11第16頁/共45頁第十七頁，共46頁。 2) 1(5 . 0)(sssD21111112211125 . 0112) 1(5 . 0)(11zzTzzTsszDzzT21121111)1 ()1 (2)1 (5 . 0)1)(1 (2zzzzz

6、T2121695 . 15 . 2zzzz2121111. 0667. 01)6 . 04 . 01 (278. 0zzzz課程內(nèi)容課程內(nèi)容12 12第17頁/共45頁第十八頁，共46頁。 KTt KiKitieTTiedtte000)()()(（6-16） 課程內(nèi)容課程內(nèi)容1313第18頁/共45頁第十九頁，共46頁。 Tkekedttde) 1()()( T 為采樣周期(zhuq)； k 為采樣序號(hào)，k0 ，1，2，；e（k）系統(tǒng)在第次采樣時(shí)刻的偏差值；e（k-1）為系統(tǒng)在第k-1次采樣時(shí)刻的偏差值。 （6-17） 00)1()()()()(ukekeTTieTTkeKkukiDIP（6-

7、18） PID 位置式算法被控對(duì)象)(tr+)(ku)(te)(kc-PID位置式算法控制原理圖 課程內(nèi)容課程內(nèi)容14 14第19頁/共45頁第二十頁，共46頁。 IPITTKK TTKKDDD00)1()()()()(ukekeKieKkeKkukiDIPIK稱為積分系數(shù)(xsh)稱為微分系數(shù)(xsh)DK課程內(nèi)容課程內(nèi)容15 15第20頁/共45頁第二十一頁，共46頁。 010)2() 1()() 1() 1(ukekeTTieTTkeKkukiDIP) 1()() 1()(kekeKkukuP)2() 1(2)()(kekekeTTkeTTDI)2() 1()21 ()()1 (keTT

8、KkeTTKkeTTTTKDPDPDIP) 1()(kuku)2() 1()() 1(210kekekeku)1 (0TTTTKDIP)21 (1TTKDPTTKDP2（6-21） 課程內(nèi)容課程內(nèi)容16 16第21頁/共45頁第二十二頁，共46頁。 課程內(nèi)容課程內(nèi)容17 17 入口輸出 u（k）0) 1(ukuBC值作)()()(tckrke取1、e（k-1）并作乘法存儲(chǔ)、e(k)e(k-1)、e(k-1)e(k-2)為下一次作準(zhǔn)備子程序返回)(0keAB作 u（k）u（k-1）輸出取0、)(ke并作乘法取2、e（k-2）并作乘法) 1()2(12kekeA取給定值)(kr、)(kc反饋值位置

9、(wi zhi)式PID算法程序框圖 第22頁/共45頁第二十三頁，共46頁。 課程內(nèi)容課程內(nèi)容18 18 ) 1()()(kukuku)2() 1()()(210kekekekuPID 增量式算法被控對(duì)象步進(jìn)電機(jī))(tr)(tu+)(ku)(te)(kc-PID增量式算法控制原理圖 第23頁/共45頁第二十四頁，共46頁。 課程內(nèi)容課程內(nèi)容19 19 增量式PID算法程序框圖 入口取給定值)(kr、)(kc反饋值) 1()2(12kekeA值作)()()(tckrke作)()(0keAku并輸出存儲(chǔ)、e(k)e(k-1)、e(k-1)e(k-2)為下一次作準(zhǔn)備子程序返回第24頁/共45頁第二

10、十五頁，共46頁。 課程內(nèi)容課程內(nèi)容2020 第25頁/共45頁第二十六頁，共46頁。 maxmin)(ukuumaxuu 課程內(nèi)容課程內(nèi)容21 21第26頁/共45頁第二十七頁，共46頁。 課程內(nèi)容課程內(nèi)容2222第27頁/共45頁第二十八頁，共46頁。 Ye(k)0入口計(jì)算)()()(tckrke輸出 u(k)并作 e(k-1)e(k-1)、 e(k-1)e(k-1)、 u(k) u(k)為下一次作準(zhǔn)備子程序返回u（k-1） umaxN各項(xiàng)求和計(jì)算 u(k)Y計(jì)算式（6-18）中的比例項(xiàng)和微分項(xiàng)u（k-1） umaxNYe(k)0NYN課程內(nèi)容課程內(nèi)容2323第28頁/共45頁第二十九頁，

11、共46頁。 )1()()()()(0kekeKieKKkeKkukiDILP 時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng))(0)(1kekeKL式中 其中(qzhng)為預(yù)定門限值。 課程內(nèi)容課程內(nèi)容2424第29頁/共45頁第三十頁，共46頁。 入口計(jì)算)()()(tckrke輸出 u(k)并作 e(k-1)e(k-1)、 e(k-1)e(k-1)、 u(k) u(k)為下一次作準(zhǔn)備子程序返回e（k） 計(jì)算積分項(xiàng)Y各項(xiàng)求和計(jì)算 u(k)N計(jì)算式（6-18）中的比例項(xiàng)和微分項(xiàng)課程內(nèi)容課程內(nèi)容2525第30頁/共45頁第三十一頁，共46頁。 課程內(nèi)容課程內(nèi)容2626第31頁/共45頁第三十二頁，共46頁。 sKTsTsTKs

12、EsUDDDIP111)()(課程內(nèi)容課程內(nèi)容2727第32頁/共45頁第三十三頁，共46頁。 )()()(sUsUsUDPI)(11sEsTKUIPPI)(1)(sEsKTsTKsUDDDPD)2() 1()2() 1(2)()()1()()(kukukekekeTsTKkeTTKkekeKkuDDDPIPPD課程內(nèi)容課程內(nèi)容2828第33頁/共45頁第三十四頁，共46頁。 )11 (sTKIPU（s）C（s）R（s）sTsTDD1 . 011+-)11 (sTKIPU（s）C（s）R（s）sTsTDD1 . 011+- 對(duì)輸出量先行微分PID算法(sun f) 對(duì)偏差量先行微分PID算法(

13、sun f) 課程內(nèi)容課程內(nèi)容2929第34頁/共45頁第三十五頁，共46頁。 在第一種結(jié)構(gòu)中，只對(duì)輸出量c（t）進(jìn)行微分，它適用于給定量頻繁升降的場合，可以避免升降給定值時(shí)所引起的超調(diào)量過大，閥門動(dòng)作過分劇烈振蕩。 后一種結(jié)構(gòu)是對(duì)偏差值先行微分，它對(duì)給定值和偏差值都有微分作用，適用于串級(jí)控制的副控制回路。因?yàn)楦笨刂苹芈返慕o定值是由主控回路給定的，也應(yīng)對(duì)其作微分處理，因此，應(yīng)該在副控制回路中采用偏差PID控制。6.4.4 帶死區(qū)的PID控制 在控制精度要求不高、控制過程要求平穩(wěn)的測控系統(tǒng)中，為了避免控制動(dòng)作過于(guy)頻繁，消除由此引起的振蕩，可以人為的設(shè)置一個(gè)不靈敏區(qū)B，即帶死區(qū)的PID控

14、制。只有不在死區(qū)范圍內(nèi)時(shí)，才按PID算式計(jì)算控制量。 課程內(nèi)容課程內(nèi)容3030第35頁/共45頁第三十六頁，共46頁。 課程內(nèi)容課程內(nèi)容3131第36頁/共45頁第三十七頁，共46頁。 課程內(nèi)容課程內(nèi)容3232第37頁/共45頁第三十八頁，共46頁。 課程內(nèi)容課程內(nèi)容3333第38頁/共45頁第三十九頁，共46頁。 被調(diào)量 特點(diǎn) KP TI（min） TD（min） 流量 對(duì)象時(shí)間常數(shù)小，并有噪聲，故KP較小，TI較短，不用微分 12.5 0.11 溫度 對(duì)象為多容系統(tǒng)，有較大滯后，常用微分 1.65 310 0.53 壓力 對(duì)象為容量系統(tǒng)，滯后一般不大，不用微分 1.43.5 0.43 液位 再允許有靜差時(shí)，不必用積分，不用微分 1.255 課程內(nèi)容課程內(nèi)容3434第39頁/共45頁第四十頁，共46頁。 課程內(nèi)容課程內(nèi)容3535第40頁/共45頁第四十一頁，共46頁。 D（s）GP(s)e-s)(tr+)(ku)(te)(kc-sPspesGSTeKsG)(11）（課程內(nèi)容課程內(nèi)容3636第41頁/共45頁第四十二頁，共46頁。 )1)()(1)()(sPesGsDsDsDsPPsPsPesGsDsGsDesGsDesGsDs)()(1)()()()(