數(shù)字pid控制算法-文庫吧
2025-06-22 14:10 本頁面
【正文】 雖不斷上升，但由于控制量受到限制，其增長要比沒有限制時慢，偏差e將比正常情況下持續(xù)更長的時間保持在正值，故位置式算式中積分項(xiàng)有較大累積值。當(dāng)輸出超出給定值w*后，偏差雖然變?yōu)樨?fù)值，但由于積分項(xiàng)的累積值很大，還要經(jīng)過相當(dāng)一段時間t后控制變量才能脫離飽和區(qū)，這樣，就使系統(tǒng)輸出出現(xiàn)了明顯超調(diào)。顯然，在PID位置算法中“飽和作用”主要是由積分項(xiàng)引起的，故稱為“積分飽和”。圖3 PID位置算法的計(jì)分飽和現(xiàn)象 圖4 遇限削弱積分法克服積分飽和 a—理想情況的控制 b—有限制時產(chǎn)生積分飽和克服積分飽和的幾種常見方法遇限削弱積分法這一修正算法的基本思想是：一但控制變量進(jìn)入飽和區(qū)，將只執(zhí)行削弱積分項(xiàng)的運(yùn)算而停止進(jìn)行增大積分項(xiàng)的運(yùn)算。其算法框圖如圖5所示。圖5 采用遇限削弱積分的PID位置算法積分分離法減小積分飽和的關(guān)鍵在于不能使積分項(xiàng)累積過大。上面的修正方法是一開始就積分，但進(jìn)入限制范圍后即停止累積。而積分分離法正好與其相反，它在開始時不進(jìn)行積分，直至偏差達(dá)到一定閾值后才進(jìn)行積分累積。這樣，一方面防止了一開始有過大的控制量；另一方面即使進(jìn)入飽和后，因積分累積小，也能較快退出，減少了超調(diào)。圖6 積分分離法克服積分飽和（0〈t〈τ時，積分不累積，t〉τ時計(jì)分累積）a—不采用積分分離法；b—采用積分分離法采用積分分離法的PID位置算法框圖如圖7所示。系統(tǒng)輸出在門限外時，該算法相當(dāng)于一個PD調(diào)節(jié)器。只有在門范圍內(nèi)，積分部分才起作用，以消除系統(tǒng)靜差。圖7采用積分分離法的PID位置算法②干擾的抑制PID控制算法的輸入量是偏差e，也就是給定值w與系統(tǒng)輸出y的差。在進(jìn)入正常調(diào)節(jié)后，由于y已接近w，e的值不會太大。所以相對而言，干擾值對調(diào)節(jié)有較大的影響。為了消除隨機(jī)干擾的影響，除了從系統(tǒng)硬件及環(huán)境方面采取措施外，在控制算法上也應(yīng)采取一定措施，以抑制干擾的影響。根據(jù)具體情況，經(jīng)常采用以下幾種抑制干擾方法：對于作用時間較為短暫的快速干擾例如采樣器、A/D轉(zhuǎn)換器的偶然出錯等，我們可以簡單地采用連續(xù)多次采樣求平均值的辦法予以濾除。例如圍繞著采樣時刻ti = iT接采樣N次，可得到ei1，ei2，…，eiN。而快速干擾往往比較強(qiáng)烈，只要有一個采樣 數(shù)據(jù)受到快速隨機(jī)干擾，即使對它們求平均值，干擾的影響也將明顯地反映出來。因此，應(yīng)由計(jì)算機(jī)剔除其中的最大、最小值，即對剩余的N2次采樣值求平均值。由于在N次中連續(xù)幾次偶然出錯的可能很小，故這樣做已足以消除這類快速隨機(jī)干擾的影響。對于一般的隨即干擾可以采用不同的濾波方法，例如一階濾波方法來減小擾動對偏差的影響。采用這種方法對偏差進(jìn)行修正，所以將同時影響到PID算法中的全部項(xiàng)。 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇PID控制器的設(shè)計(jì)一般分為兩個步驟：首先是確定PID控制器的結(jié)構(gòu)，在保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，盡量消除穩(wěn)態(tài)誤差。通常，對于具有自平衡性的被控對象，應(yīng)采用含有積分環(huán)節(jié)的控制器，如PI、PID。對于無自平衡性的被控對象，則應(yīng)采用不包含積分環(huán)節(jié)的控制器，如P、PD。對具有滯后性質(zhì)的被控對象，應(yīng)加入微分環(huán)節(jié)。此外，還可以根據(jù)被控對象的特性和控
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