《數(shù)字pid控制算法》ppt課件-文庫吧
2025-04-15 18:11 本頁面
【正文】 （ 37）得出的控制量為全量值輸出，也就是每次的輸出值都與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置 (如控制閥門的開度 )一一對(duì)應(yīng)，所以把它稱之為位置式數(shù)字 PID控制算法。 當(dāng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器為步進(jìn)電機(jī)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、多圈電位器等具有保持歷史位置功能的裝置時(shí)，需要的不是控制量的絕對(duì)數(shù)值，而是其增量值。因此，需要由數(shù)字 PID位置式導(dǎo)出數(shù)字 PID控制算法的增量式。 對(duì)數(shù)字 PID位置式取增量，即數(shù)字控制器輸出的是相鄰兩次采樣時(shí)刻所計(jì)算的位置值之差： (39) 由于式（ 39）得出的是數(shù)字 PID控制器輸出控制量的增量值，因此，稱之為增量式數(shù)字 PID控制算法。它只需要保持三個(gè)采樣時(shí)刻的偏差值。 為了便于計(jì)算機(jī)編程，簡化計(jì)算，提高計(jì)算速度，將式（ 39）整理為： (310) 式中， 在編寫程序時(shí)，可以根據(jù)事先確定的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，計(jì)算出 、 ，存入內(nèi)存單元。 利用增量式數(shù)字 PID控制算法，可以得到位置式數(shù)字 PID控制算法的遞推算式，即 (311) （ 1）位置式每次輸出與整個(gè)過去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累積計(jì)算誤差。而在增量式中由于消去了積分項(xiàng)，從而可消除控制器的積分飽和，在精度不足時(shí)，計(jì)算誤差對(duì)控制量的影響較小，容易取得較好的控制效果（只存三個(gè)偏差值即可）。 （ 2）為實(shí)現(xiàn)手動(dòng) — 自動(dòng)無擾切換，在切換瞬時(shí)，必須首先將計(jì)算機(jī)的輸出值設(shè)置為閥門原始開度 。由于增量式計(jì)算只與本次的偏差值有關(guān)，與閥門原來的位置無關(guān)，其輸出對(duì)應(yīng)于閥門位置的變化部分，因此，易于實(shí)現(xiàn)從手動(dòng)到自動(dòng)的無擾動(dòng)切換。 （ 3）采用增量式算法時(shí)所用的執(zhí)行器本身都具有保持功能，即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，執(zhí)行器仍能保持在原位，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成惡劣影響。 與位置式數(shù)字 PID控制算法相比，增量式數(shù)字 PID控制算法有如下優(yōu)點(diǎn)： 第二節(jié) 改進(jìn)的數(shù)字 PID控制算法 鑒于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的靈活性，除了按位置式和增量式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字 PID控制計(jì)算外，也可根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際要求，對(duì) PID控制算法進(jìn)行改進(jìn)，以提高系統(tǒng)的控制品質(zhì)。 在實(shí)際過程控制系統(tǒng)中，執(zhí)行元件 (如電機(jī)或閥門 )自身的機(jī)械物理特性決定了其受控范圍是有限的，同時(shí)D/A轉(zhuǎn)換器所能表示的數(shù)值范圍也是有限的，因此要求計(jì)算輸出的控制量及其變化率應(yīng)滿足 (314) 式中， 和 分別為控制器允許輸出的最小值和最大值。 (315) 式中， 為控制器允許輸出變化率的最大值。 若計(jì)算機(jī)輸出的控制量在式（ 314）和（ 315）規(guī)定的范圍之內(nèi)，控制是有效的；一旦超出這個(gè)范圍，則達(dá)不到期望的控制效果。 在 PID控制算法的增量式中，當(dāng)給定值發(fā)生階躍變化時(shí)，由比例項(xiàng)和微分項(xiàng)計(jì)算出的控制增量將會(huì)增大，如果超過了執(zhí)行機(jī)構(gòu)所允許的最大限度，同樣會(huì)引起飽和現(xiàn)象，使系統(tǒng)出現(xiàn)過大的超調(diào)和持續(xù)振蕩，動(dòng)態(tài)品質(zhì)變差。 為了避免出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，必須對(duì) PID控制算法計(jì)算出的控制量進(jìn)行約束，也就是對(duì)積分項(xiàng)和微分項(xiàng)進(jìn)行改進(jìn)，形成各種改進(jìn)的數(shù)字 PID控制算法。一、積分分離 PID控制算法 通過前面的例題分析，我們知道在一般的PID控制系統(tǒng)中，如果積分作用太強(qiáng)，會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生過大的超調(diào)和劇烈的振蕩，而且調(diào)節(jié)時(shí)間也會(huì)變長。這對(duì)某些實(shí)際系統(tǒng)是不允許的。因此，可以采用積分分離的方法來克服它。 積分分離 PID控制算法的基本思想是在系統(tǒng)偏差 較大時(shí)，取消積分作用；而在 小于某個(gè)閾值時(shí)才引入積分作用，即 (316) 式中的邏輯系數(shù)為
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