第一章基本PID算法

第一章基本PID算法2023/1/13

參考教材1.工業(yè)過程高級控制（為主）

邵惠鶴編著（第2版）上海交大出版社2.高等過程控制

王桂增等編著3.過程控制

金以慧主編

2023/1/13上課內(nèi)容第一章基本PID算法第二章非線性控制第三章幾種常見線性模型第四章多變量系統(tǒng)的關聯(lián)分析與解偶控制第五章狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)的設計第六章大純滯后和逆向響應過程的控制第七章自適應控制系統(tǒng)第八章預測控制2023/1/13第0章序論美國數(shù)學家維納在40年代創(chuàng)立控制論。自動控制理論：經(jīng)典控制理論->現(xiàn)代控制理論。經(jīng)典控制理論：主要解決單變量系統(tǒng)的反饋控制問題，以頻率法、權軌跡法和微分方程法為代表。解決了線性定常系統(tǒng)的問題?，F(xiàn)代控制理論：解決多變量系統(tǒng)的優(yōu)化控制問題，以變分法、最大值原理和動態(tài)規(guī)劃方法為代表，李亞普諾夫穩(wěn)定性分析、二次型最優(yōu)系統(tǒng)等時域方法，由于它們在國防和工業(yè)等領域獲得成功的應用展。解決非線性或時變系統(tǒng)的問題。2023/1/13第0章序論智能控制理論：當前控制理論的研究熱點之一。在解決高維性，系統(tǒng)信息的模糊性、不確定性、偶然性和不完全性上獨占優(yōu)勢。包括：基于知識的專家系統(tǒng)模糊控制人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制學習控制基于信息論的智能控制。雖然智能控制理論只有十幾年的歷史，尚未形成比較完整的體系，但其已有的應用成果和理論發(fā)展正成為自動控制的前沿學科之一。2023/1/13第0章序論現(xiàn)代工業(yè)控制軟件：以多變量預測控制為主，采用神經(jīng)、模糊、遺傳算法，實現(xiàn)多變量非線性控制，數(shù)據(jù)軟測量，故障診斷等。2023/1/13第一章基本PID算法1.1PID控制器參數(shù)與控制品質(zhì)之間關系1.2PID控制器的編程實現(xiàn)1.3各種PID的改進算法1.4工程PID2023/1/13第一章基本PID算法比例＋積分＋微分控制－》簡稱PID控制。PID控制：在工業(yè)過程中歷史最久、生命力最強、應用最廣的基本控制算法。優(yōu)點：原理簡單，使用方便，魯棒性強。也就是說，控制品質(zhì)對過程特性的變化靈敏度比較低，調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整比較容易；具有無余差功能，精度較高，適應性廣，可用于各類工業(yè)過程的控制，已商品化。計算機過程控制的基本控制算法也仍然是PID控制。據(jù)估計工業(yè)控制中PID占90％以上。

PID控制是一種反饋控制。反饋控制回路的方塊圖如圖所示。其中廣義過程特性W0(s)由執(zhí)行器、過程和傳感、測量裝置三部分所組成。2023/1/13第一章基本PID算法1.1PID控制器參數(shù)與控制品質(zhì)之間關系Rx1外擾內(nèi)擾2023/1/13（1）影響輸出y的因素：

<i>

擾動；

<ii>調(diào)節(jié)作用；品質(zhì)：<i>最大動態(tài)偏差；

<ii>系統(tǒng)穩(wěn)定性，振蕩的程度；

2023/1/13（2）基本調(diào)節(jié)作用P、I、D，相應調(diào)節(jié)器：P、PI、D、PD、PIDPID參數(shù)與品質(zhì)因素之間的關系：----比例系數(shù)（0.5~2.0）；----積分時間（單位：s或min）；<i>鍋爐：50~200s；

<ii>汽機：15~50s；----微分時間----比例帶（單位：%）（50~300）各個基本調(diào)節(jié)作用的目的是什么？2023/1/13（3）分析：<i>

<ii><iii>不是最大動態(tài)偏差2023/1/13P_hlevel4.mdl演示給定值變化擾動變化Kc小Kc大Kc小Kc大課后作業(yè)1.1：在外部擾動作用下，Kp的大小，對穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差、過渡過程的影響怎樣？受控對象分別采用二階有自平衡和無自平衡。2023/1/13積分作用：1。積分不利于穩(wěn)定性。動態(tài)過程，長期偏差存在，Ui輸出太大，超調(diào)嚴重。2。不合理。A點，UI減小合理，B點，偏差在減小，UI繼續(xù)減小不合理。3。積分作用要改進使用-》積分分離。2023/1/13微分作用：一般情況下，對快速過程不必加微分環(huán)節(jié)，而對慢過程需要加入微分環(huán)節(jié),改善動態(tài)；當執(zhí)行器動作次數(shù)在2~6次/min時，微分系數(shù)比較合理。1。加快起始時刻動作程度，加快響應速度。E(t)小，de(t)不小。2。合理性。E(t)變大，ud加大（正）；E(t)變小，ud變小（為負），不容易超調(diào)，減少震蕩=》穩(wěn)定性加強。3。敏感性。Td太大，對de(t)太敏感。導致動態(tài)過程執(zhí)行機構動作頻繁，造成系統(tǒng)長時間穩(wěn)定不下來。4。實際系統(tǒng)謹慎加。保證穩(wěn)定的動作次數(shù)。加D不加D提問：微分越大越好？？2023/1/13課后作業(yè)1.2：PID控制。改變Kp、Ti、TD的大小，對穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)誤差、過渡過程的影響怎樣？受控對象分別采用二階有自平衡和無自平衡。PIDSimu.mdl演示2023/1/131.2PID控制器的編程實現(xiàn)離散化：2023/1/13離散化：其中：

所以：

2023/1/13位置式：增量式：直接輸出閥位指令。大部分的控制系統(tǒng)。具有保持的執(zhí)行機構接受。失電時du(t)=0,u不變，影響小。2023/1/13存儲器：main(){floatkp,Ti,Td,T,KI,KD;floate[3],u[2];T=0.2;scanf(“%f,%f,%f”,&Kp,&Ti,&Td);KI=Kp*T/Ti;KD=Kp*Td/Ti;e[0]=e[1]=e[2]=0;u[0]=u[1]=0;while(1){e[0]=r-y;u[0]=u[1]+Kp*(e[0]-e[1])+KI*e[0]+KD*(e[0]-2*e[1]+e[2]);e[2]=e[1];e[1]=e[0];u[1]=u[0];}}編程實現(xiàn)：課后作業(yè)1.3：PID控制編程實現(xiàn)，用MFC++6.0。受控對象分別采用二階有自平衡和無自平衡。2023/1/131.3各種PID的改進算法（1）積分分離思想：

，切除積分，采用PD調(diào)節(jié)，

；

，投入積分，采用PID調(diào)節(jié)，

；

（2）智能PID<i>當

與

同號，

小；<ii>當

與

異號，

大；提問：積分的目的？？2023/1/13（3）實際微分的PID控制算法離散化后：

2023/1/13（1）

（2）

（3）

2023/1/13實際微分PID編程實現(xiàn)：

main(){floatKP,Ti,TD,Tf,T,KI,K1D,K2D,uPID;floatuPI[2],e[2],uD[2];scanf(“%f,%f,%f”,&KP,&Ti,&Tf,&TD);T=0.2;KI=KP*Ti/T;

K1D=Tf/(Tf+T);K2D=KD*TD/(Tf+T);uPI[0]=uPI[1]=0;e[0]=e[1]=0;uD[0]=uD[1]=0;While(1){e[0]=r-yi;uPI[0]=uPI[1]+KP*(e[0]-e[1])+KI*e[0];uD[0]=K1D*uD[1]+K2D*(e[0]-e[1]);uPID=uPI[0]+uD[0];e[1]=e[0];uPI[0]=uPI[1];}}uD[0]=uD[1];2023/1/13main(){floatSP,PV,E，F(xiàn)，Li，Hi，TR；

floatKp,Ti,TD,T,KI,KD;intTL;floate[3],u[2],u;T=0.2;KI=Kp*T/Ti;KD=Kp*TD/T;u[0]=u[1]=0;e[0]=e[1]=e[2]=0;while(1){If(TL){u=TR;u[0]=u-F;}工程PID編程實現(xiàn)：2023/1/13

else{e[0]=SP-PV;if(fabs(e[0]<E))e[0]=0.0;u[0]=u[1]+Kp*(e[0]-e[1])+KI*e[0]+KD*(e[0]-2e[1]+e[2]);u=u[0]+F;if(u>Hi)