微機(jī)控制技術(shù)第四章

1、1第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 本章學(xué)習(xí)要求: 1.了解幾種發(fā)展的PID算法，熟悉數(shù)字(shz)PID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問題 2.掌握PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)方法共四十三頁2第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 1.程序(chngx)和順序控制 ;2.比例積分微分控制(簡(jiǎn)稱PID控制)； 3.直接數(shù)字控制；4.最優(yōu)控制 (亦稱其為自適應(yīng)控制 );5.模糊控制 (Fuzzy控制) 。 計(jì)算機(jī)控制的主要任務(wù)就是設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字調(diào)節(jié)器，常用以下控制方法 :概 述共四十三頁3第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 1.程序和順序控制 程序控制(chngxkngzh)是被控量按照一定的、預(yù)先規(guī)定的時(shí)間函數(shù)變

2、化，被控量是時(shí)間的函數(shù)，如單晶爐的溫度控制。 順序控制可以看作是程序控制的擴(kuò)展，在各個(gè)時(shí)期所給出的設(shè)定值可以是不同的物理量，每次設(shè)定值的給出，不僅取決于時(shí)間，還取決于對(duì)前段控制結(jié)果的邏輯判斷。概 述共四十三頁4第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 2.比例積分微分控制(kngzh)(簡(jiǎn)稱PID控制) 調(diào)節(jié)器的輸出是其輸入的比例、積分、微分的函數(shù)。PID控制現(xiàn)在應(yīng)用最廣，技術(shù)最成熟，其控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)容易調(diào)整，不必求出被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型便可以調(diào)節(jié)，因此無論模擬調(diào)節(jié)器或者數(shù)字調(diào)節(jié)器大都采用PID調(diào)節(jié)規(guī)律。 概 述共四十三頁5第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 3.直接數(shù)字控制 直接數(shù)字控制(k

3、ngzh)是根據(jù)采樣理論，首先把被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散，然后由計(jì)算機(jī)根據(jù)離散化的數(shù)字模型進(jìn)行控制(kngzh)。這種控制(kngzh)方法與PID控制相比，其針對(duì)性更強(qiáng)，調(diào)節(jié)品質(zhì)更好。概 述共四十三頁6第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 4.最優(yōu)控制 (亦稱其為自適應(yīng)控制 ) 在生產(chǎn)過程中為了(wi le)提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，節(jié)省原材料，要求生產(chǎn)管理及生產(chǎn)過程始終處于最佳工作狀態(tài)。因此，產(chǎn)生了一種稱作最優(yōu)控制的方法，亦稱其為自適應(yīng)控制。在這種控制中，要求系統(tǒng)能夠根據(jù)被測(cè)參數(shù)、環(huán)境及原材料的成分的變化而自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)隨時(shí)都處于最佳狀態(tài)。最優(yōu)控制包括性能估計(jì)(辨別)，決策和修

4、改三個(gè)環(huán)節(jié)。它是微機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展的方向。但由于控制規(guī)律難以掌握，所以推廣起來尚有一些問題難以解決。 概 述共四十三頁7第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 5.模糊控制 (Fuzzy控制) 模糊控制也叫Fuzzy控制。上述3、4兩種控制方法中，都必須精確地求出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，而在實(shí)際應(yīng)用中影響變化的因素很多，所以很難用一個(gè)精確的數(shù)學(xué)模型表示，因此，應(yīng)用受到一定的限制，有時(shí)甚至(shnzh)很難實(shí)現(xiàn)，這里介紹的模糊控制是按照人的思維方法去完成各種控制。采用這種方法，不需要數(shù)學(xué)模型，只要把設(shè)計(jì)者的控制決策(即專家意見)用模糊規(guī)則加以描述，即可實(shí)現(xiàn)模糊控制。 模糊控制的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，執(zhí)行速度快，占用內(nèi)

5、存少，開發(fā)方便、迅速。因而近幾年得到了廣泛的應(yīng)用。概 述共四十三頁8第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 PID調(diào)節(jié)是Proportional(比例)，Integral(積分)，Differential(微分)三者的縮寫，PID調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)輸入的偏差值，按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果用以控制。比例控制能迅速反映誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，KP的加大，會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；積分控制的作用是，只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制控制作用就不斷地積累，輸出控制量以消除誤差，因而，只要有足夠的時(shí)間，積分控制將能完全消除誤差，積分作用太強(qiáng)會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振

6、蕩；微分控制可以減小超條量，克服(kf)振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時(shí)加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 第一節(jié) PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)共四十三頁9第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 一、PID算法的數(shù)字化 在模擬系統(tǒng)中，PID算法的表達(dá)式為：P(t)=Kpe(t)+ 式中： P(t)調(diào)節(jié)器的輸出(shch)信號(hào)； e(t)調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)，它等于測(cè)量值與給定值之差； KP調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； TI 調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間； TD 調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間。 第一節(jié) PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)共四十三頁10第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 一、PID算法的數(shù)字化 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，

7、用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，此時(shí)積分和微分項(xiàng)分別用求和(qi h)及增量式表示。 P(k)=KPE(k)+ E(k)-E(k-1) P(k)=P(k-1)KPE(k)-E(k-1)KIE(k)+KDE(k)-2E(k-1)+E(k-2)式中：KI=KP 積分系數(shù)； KD=KP 微分系數(shù)。 第一節(jié) PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)共四十三頁11第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 一、PID算法的數(shù)字化 在很多控制(kngzh)系統(tǒng)中，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)是采用步進(jìn)電機(jī)或多圈電位器進(jìn)行控制(kngzh)的。所以，只要給一個(gè)增量信號(hào)即可。 P(k)P(k)-P(k-1) KPE(k)-E(k-1)+K

8、IE(k)+KDE(k)-2E(k-1)+E(k-2) 因此，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)PID控制有位置式和增量式控制算式。 第一節(jié) PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)共四十三頁12第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 一、PID算法的數(shù)字化 在位置控制算式中，由于全量輸出，所以每次輸出均與原來位置有關(guān)，為此這不僅需要對(duì)E(j)進(jìn)行累加，而且計(jì)算機(jī)的任何故障都可引起P(k)大幅度變化，對(duì)生產(chǎn)不利。 增量控制雖然改動(dòng)不大，然而卻帶來很多優(yōu)點(diǎn)。 1.由于計(jì)算機(jī)輸出增量，所以誤動(dòng)作影響小。 2在位置型控制算法中，由手動(dòng)到自動(dòng)切換時(shí)，必須首先使計(jì)算機(jī)的輸出值等于閥門的原始開度，才能保證手動(dòng)/自動(dòng)無擾切換。而增量設(shè)計(jì)只與本次的偏差

9、值有關(guān)，與閥門原來的位置無關(guān)，因而增量算法易于(yy)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)無擾動(dòng)的切換。 3.不產(chǎn)生積分失控，所以容易獲得較好的調(diào)節(jié)效果。 增量控制因其特有的優(yōu)點(diǎn)已得到了廣泛的應(yīng)用，但這種控制也有不足，(1)積分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)誤差，(2)溢出的影響大，一般認(rèn)為；在以晶閘管或伺服電機(jī)作為執(zhí)行器件，應(yīng)用位置型算法，而以步進(jìn)電機(jī)或多圈電位的作執(zhí)行器件的系統(tǒng)應(yīng)采用增量或算法。 第一節(jié) PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)共四十三頁13第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 二、PID算法的程序設(shè)計(jì)方法 (1)位置型PID算法程序的設(shè)計(jì) 根據(jù) P(k)=KPE(k)+KI +KDE(k)-E(k-1) 比例項(xiàng)輸出：PP(k

10、)=KPE(k) 積分項(xiàng)輸出：PI(k) =KI =KIE(k)+ KI = KIE(k)+PI(k-1) 微分(wi fn)項(xiàng)輸出：PD(k)=KD E(k)-E(k-1) 所以： P(k)=PP(k)+PI(k)+PD(k) 第一節(jié) PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)共四十三頁14第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 二、PID算法的程序設(shè)計(jì)方法 (2)增量型PID算法的程序設(shè)計(jì) P(k)KPE(k)-E(k-1)+KIE(k)+KDE(k)-2E(k-1)+E(k-2)設(shè)：比例(bl)項(xiàng)：PP(k)=KPE(k)-E(k-1)積分項(xiàng)：PI(k)KIE(k)微分項(xiàng)：PD(k)=KDE(k)-2E(k-1

11、)E(k+2) 所以有：P(k)=PP(k)PI(k)PD(k) 第一節(jié) PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)共四十三頁15第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 數(shù)字PID調(diào)節(jié)器在實(shí)際應(yīng)用中存在著許多問題，如正、反作用問題、積分飽和問題、限位問題、字節(jié)變換問題、電流電壓輸出問題、干擾抑制問題以及手動(dòng)/自動(dòng)無擾動(dòng)切換問題等。這在模擬儀表中常采取改變線路，或更換不同類型調(diào)節(jié)器的辦法加以解決，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，則可通過(tnggu)改變軟件的方法，很容易地實(shí)現(xiàn)。這一節(jié)我們將介紹幾個(gè)主要的問題。 第二節(jié) 數(shù)字PID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問題 共四十三頁16第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 一、正、反作用問題 在模擬調(diào)節(jié)器

12、中，一般是通過偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的，偏差的極性與調(diào)節(jié)器輸出的極性有一定的關(guān)系，且不同的系統(tǒng)有著不同的要求。如：在煤氣加熱爐溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，當(dāng)被測(cè)溫度高于給定值時(shí)，煤氣進(jìn)給閥應(yīng)該關(guān)小，以降低爐膛(ltng)內(nèi)的溫度；又如在爐堂壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，當(dāng)被測(cè)壓力值高于給定值時(shí)，則需將煙道閥開大，以減少爐膛(ltng)壓力等。在調(diào)節(jié)過程中，前者稱作反作用，而后者稱作正作用。模擬系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的正、反作用是靠改變模擬調(diào)節(jié)的正、反作用開關(guān)位置來實(shí)現(xiàn)的，而在計(jì)算機(jī)所組成的數(shù)字PID調(diào)節(jié)器中，可用兩種方法來實(shí)現(xiàn)，一種是通過改變偏差E(k)公式來完成。另一種方法是計(jì)算公式不變，只是需要反作用時(shí)，在完成PID運(yùn)算后，先將結(jié)果求補(bǔ)

13、，然后再送到D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換并進(jìn)行輸出。 第二節(jié) 數(shù)字PID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問題 共四十三頁17第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 二、飽和作用的抑制 在模擬系統(tǒng)中，由于積分作用，將使調(diào)節(jié)器的輸出達(dá)到飽和，同樣，在數(shù)字(shz)PID調(diào)節(jié)中也存在此類問題。 第二節(jié) 數(shù)字PID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問題 a為理想情況的控制b為有限制時(shí)產(chǎn)生的積分飽和共四十三頁18第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 二、飽和作用的抑制 （1）遇限削弱積分法 這種修正方法的基本思想是：一旦控制量進(jìn)入飽和區(qū)，則停止進(jìn)行增大積分的運(yùn)算。具體地說，在計(jì)算P(k)值時(shí)，首先判斷一下上一次采樣時(shí)刻控制量P(k-1)是否已超過

14、限制范圍，如果已超過，將根據(jù)偏差的符號(hào)，判斷系統(tǒng)的輸出是否已進(jìn)入超調(diào)區(qū)域(qy)，由此決定是否將相當(dāng)偏差計(jì)入積分項(xiàng)。 第二節(jié) 數(shù)字PID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問題 共四十三頁19第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 二、飽和作用(zuyng)的抑制 （1）遇限削弱積分法 遇限削弱積分法圖解。 第二節(jié) 數(shù)字PID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問題 不進(jìn)行積分積累計(jì)算的條件：1.P(k-1)Pmax AND E(k)02.P(k-1)0共四十三頁20第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 二、飽和作用的抑制 （2）有效偏差法 當(dāng)用位置(wi zhi)型PID算式算出的控制量超出限制范圍時(shí)，控制量實(shí)際上只能取邊界值，即：

15、P(k)=Pmax(通常為100%閥位) 或P(k)Pmin(通常為0%閥位)， 有效偏差法的實(shí)質(zhì)是將相當(dāng)于這一控制量的偏差值作為有效偏差值進(jìn)行積分，而不是將實(shí)際偏差進(jìn)行積分。如果實(shí)際的控制量為P(k)P*(Pmax或Pmin)，則有效偏差可按式逆推出：即 E*(k)= 第二節(jié) 數(shù)字PID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問題 共四十三頁21第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 三、手動(dòng)/自動(dòng)跟蹤及手動(dòng)后援問題 在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，在手動(dòng)到自動(dòng)切換時(shí)，必須(bx)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)跟蹤，即在手動(dòng)到自動(dòng)切換時(shí)刻，使PID的輸出等于手動(dòng)時(shí)的閥位置，然后在此基礎(chǔ)上，即可按采樣周期進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，為達(dá)到此目地，必須使系統(tǒng)采樣兩種

16、信號(hào)：(1)自動(dòng)/手動(dòng)狀態(tài)、(2)手動(dòng)時(shí)的閥位值。另外，當(dāng)系統(tǒng)切換到手動(dòng)時(shí)，要能輸出手動(dòng)控制信號(hào)。能完成這一功能的設(shè)備，我們稱之為手動(dòng)后援。下面介紹兩種實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)跟蹤及手動(dòng)后援的方法。第二節(jié) 數(shù)字PID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問題 共四十三頁22第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 三、手動(dòng)/自動(dòng)(zdng)跟蹤及手動(dòng)后援問題 (1)簡(jiǎn)易方法 第二節(jié) 數(shù)字PID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問題 方式選擇0自動(dòng)1手動(dòng)檢測(cè)手動(dòng)時(shí)的值代表手動(dòng)調(diào)節(jié)A/DD/A共四十三頁23第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 三、手動(dòng)/自動(dòng)跟蹤及手動(dòng)后援問題 (2)利用模擬儀表的操作器 實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)無憂切換及手動(dòng)后援，可利用模擬儀

17、表的操作器。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是手動(dòng)后援和閥位指示在操作器上均已安排好，這樣可節(jié)省系統(tǒng)的開關(guān)時(shí)間。這種方法的基本思想與前面講的方法大致相同。同樣要檢測(cè)手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)(zhungti)及手動(dòng)后援輸出閥位值，然后對(duì)手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行分析。第二節(jié) 數(shù)字PID調(diào)節(jié)中的幾個(gè)實(shí)際問題 共四十三頁24第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 一、不完全微分(wi fn)的PID算式不完全微分的PID算式，其傳遞函數(shù)表達(dá)式為：第三節(jié)幾種發(fā)展的PID算法 式中：P(s)PID輸出量算子形式； E(s) 偏差信號(hào)算子形式； KP*實(shí)際比例放大系數(shù)； TI*實(shí)際積分時(shí)間； TD *實(shí)際微分時(shí)間； Kd *實(shí)際微分增益。

18、共四十三頁25第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 一、不完全(wnqun)微分的PID算式將上式分成比例積分和微分兩部分，則有：P(s)=PPI(s)PD(s) 第三節(jié)幾種發(fā)展的PID算法 其中：PPI(s)=KP*(1+ PD(s)=KP*PPI(s)的差分算式為：PPI(k)=KP*E(k)+（T為采樣周期） PD(k)=KP* 式中：TS*= 共四十三頁26第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 一、不完全(wnqun)微分的PID算式第三節(jié)幾種發(fā)展的PID算法 P(k)=K*PPD(k-1) 它與理想的PID算式相比，多了一項(xiàng)K-1次采樣的微分輸出量PD（k-1）。 在單位階躍信號(hào)作用

19、下，完全微分與不完全微分輸出特性差異，如圖所示.完全微分式不完全微分式微分項(xiàng) 微分項(xiàng) 積分式積分式比例項(xiàng)比例項(xiàng)共四十三頁27第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 二、積分(jfn)分離的PID算式第三節(jié)幾種發(fā)展的PID算法 在一般的PID調(diào)節(jié)控制中，由于系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)線性范圍受到限制，當(dāng)偏差E較大時(shí)，如系統(tǒng)在開工，停工或大幅度提降時(shí)，由于積分項(xiàng)的作用，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的超調(diào)量，使系統(tǒng)不停地振蕩。這種現(xiàn)象對(duì)于變化比較緩慢的對(duì)象，如溫度，液面調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其影響更加嚴(yán)重 。共四十三頁28第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 二、積分(jfn)分離的PID算式第三節(jié)幾種發(fā)展的PID算法 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

20、中，為了消除積分飽和，可以采用積分分離的方法，即在控制量開始跟蹤時(shí)，取消積分作用，直至被調(diào)量接近給定值，才產(chǎn)生積分作用。設(shè)給定值為R(k)，經(jīng)數(shù)字濾波后測(cè)量值為M(k)，最大允許偏差值為A。則積分分離控制的算式為： A時(shí),為PD控制當(dāng)E(k)R(k)-M(k) A時(shí),為PID控制 共四十三頁29第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 三、變速(bin s)積分的PID算式第三節(jié)幾種發(fā)展的PID算法 在一般的PID調(diào)節(jié)算式中，由于積分系統(tǒng)KI是常數(shù)，所以在整個(gè)調(diào)節(jié)過程中，積分增益不變，而系統(tǒng)對(duì)積分項(xiàng)的要求是，系統(tǒng)偏差大，積分作用減弱的以致全無，而在偏差較小時(shí)，則應(yīng)加強(qiáng)積分作用。否則，積分系統(tǒng)取大了

21、會(huì)產(chǎn)生超調(diào)，甚至出現(xiàn)積分飽和，取小了又遲遲不能消除靜差。因此，如何根據(jù)系統(tǒng)的偏差大小調(diào)整積分的速度，對(duì)于提高調(diào)節(jié)品質(zhì)是至關(guān)重要的問題。 變速積分PID的基本作法是：設(shè)法改變積分項(xiàng)的累加進(jìn)度，使其與偏差大小相對(duì)應(yīng)，偏差大時(shí)，積分累加速度慢，積分作用弱；反之，偏差小時(shí)，使積分累加速度加快，積分作用增強(qiáng)。共四十三頁30第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 三、變速積分(jfn)的PID算式第三節(jié)幾種發(fā)展的PID算法 設(shè)置一系數(shù)fE(k)，它是E(k)的函數(shù)，當(dāng) 增大時(shí)，f減小，反之則增大。每次采樣后，用fE(k)乘以E(k)，再進(jìn)行累加，即：(k)=KI （原積分項(xiàng)為：PI(k)KI E(k) ）(

22、k)表示變速積分項(xiàng)的輸出值)共四十三頁31第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 三、變速(bin s)積分的PID算式第三節(jié)幾種發(fā)展的PID算法 f與的關(guān)系可以是線性或高階的，如設(shè)其為： 1 | E(k)|B fE(k)= 0 |E(k)|A+BBB KP(k) 當(dāng)|R(k)-M(k)|B式中，K為死區(qū)增益，其數(shù)字為0、0.25、0.5等。 該系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)非線性系統(tǒng)。即當(dāng)偏差絕對(duì)值|E(k)|B時(shí)，其控制輸出為KP(k)。當(dāng)|E(k)|B時(shí)，則輸出值P(k)以PID(或PD、PI)運(yùn)算結(jié)果輸出，其計(jì)算程序流程圖如下：共四十三頁35第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 四、帶死區(qū)的PID算式

23、(sunsh)第三節(jié)幾種發(fā)展的PID算法 共四十三頁36第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 第四節(jié) PID參數(shù)(cnsh)的整定 PID數(shù)字調(diào)節(jié)器的主要參數(shù)有比例系數(shù)KP、積分時(shí)間Ti 、微分時(shí)間Td 以及采樣周期T，如何正確選擇PID調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和它的參數(shù)，使系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，仍將保持穩(wěn)定，不致產(chǎn)生破壞性的振蕩，并將誤差保持在最小，是PID設(shè)計(jì)的重要問題。 在控制系統(tǒng)中，產(chǎn)生誤差的擾動(dòng)有以下幾種類型： 1. 設(shè)定值的變化； 2. 供給源的變化； 3. 要求的變化； 4. 環(huán)境的變化； 5. 測(cè)量元件性能的變化。 參數(shù)的選擇通常是通過實(shí)驗(yàn)來確定，或通過湊試法，或通過實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)公式來確定。共四十

24、三頁37第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 第四節(jié) PID參數(shù)(cnsh)的整定 （一）采樣周期的選定 數(shù)字PID控制算法是一種準(zhǔn)連續(xù)控制過程，是建立在計(jì)算機(jī)對(duì)連續(xù)PID控制進(jìn)行數(shù)字仿真的基礎(chǔ)上的控制。這種控制方式要求采樣周期與系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)比很小，采樣周期越小，數(shù)字仿真越精確，控制效果也就越接近連續(xù)控制，采樣周期的選擇是受多方面影響： 1. 根據(jù)香農(nóng)采樣定理，應(yīng)滿足：其中：fmax為輸入信號(hào)的上限頻率。這樣采樣信號(hào)經(jīng)過保持環(huán)節(jié)后，仍可復(fù)原或近似復(fù)原為模擬信號(hào)，而不丟失任何信息。 2. 從執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性要求來看，需要輸出信號(hào)保持一定的寬度； 3. 從控制系統(tǒng)的隨動(dòng)和抗干擾的性能要求采樣周期短

25、些； 4. 從微機(jī)的工作量和每個(gè)回路的計(jì)算來看，要求采樣周期大些； 5. 從計(jì)算機(jī)的精度看，過短的采樣周期是不合適的。共四十三頁38第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 第四節(jié) PID參數(shù)(cnsh)的整定 采樣周期T的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)（二）湊試法確定PID調(diào)節(jié)參數(shù) 湊試法是通過模擬運(yùn)行觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線（如階躍響應(yīng)），然后根據(jù)各調(diào)節(jié)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)大致影響，反復(fù)湊試參數(shù)，以達(dá)到滿意的響應(yīng)，從而確定PID的調(diào)節(jié)參數(shù)。 共四十三頁39第四章 數(shù)字(shz)PID及其算法 第四節(jié) PID參數(shù)(cnsh)的整定 KP，系統(tǒng)響應(yīng)加快，有利于減小靜差，但KP過大，使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，產(chǎn)生振蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性變壞；Ti，減小超調(diào)，使系統(tǒng)穩(wěn)定，但靜差的消除將減慢；Td，加快系統(tǒng)響應(yīng)，減小超調(diào)量，穩(wěn)定性增加，但對(duì)干擾的抑制作用卻減弱。具體步驟： 1. 首先整定比例部分； 2. 加入積分環(huán)節(jié)； 3. 加入微分環(huán)節(jié)。注：在參數(shù)選定時(shí)，以被控過程的主要性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)。（三）實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法確定PID調(diào)節(jié)參數(shù) 為了減少湊