id控制原理和形式ppt課件(已修改)
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【正文】 — 交流 — 2022年 6月 2日 1 PID控制原理和形式 — 交流 — 2022年 6月 2日 2 ? 概念：系統(tǒng)偏差的比例 (Proportional)、積分 (Integral)和微分 (Derivative)的綜合控制 ，簡稱 PID控制 ? 特點：算法簡單、魯棒性強(qiáng)和可靠性高 ? 發(fā)展：氣動 電動 電子 數(shù)字 — 交流 — 2022年 6月 2日 3 PID控制原理 ? 在連續(xù)和離散系統(tǒng)中，其關(guān)系式分別為： 比例 積分 微分 被控對象 r(t) e(t) u(t) y(t) ])()(1)([)( 0? ??? t dip dttdeTdtteTteKtu})]()([)()({)(0??????? tjdip TkTekTeTTjTeTTkTeKkTu— 交流 — 2022年 6月 2日 4 ? 1．位置式控制算法： ? 首先要對連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行離散化 ? t≈kT PID 位置式算法 被控對象 r(k) e(k) y(k) u(k) y(k) ? ???t kj jTeTdtte0 0 )()(TTkekTedttde ])1[()()( ???執(zhí)行器 — 交流 — 2022年 6月 2日 5 ? 1．位置式控制算法： ? 控制器的輸出為： ? 可簡寫為： ? 缺點：這種算法每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，計算時要對 e(k)進(jìn)行累加，容易造成積分飽和，計算機(jī)運算工作量很大。 })]()([)()({)(0??????? kjdip TkTekTeTTjTeTTkTeKku??????? kjdip kekeKjeKkeKku0)]1()([)()()(— 交流 — 2022年 6月 2日 6 ? 2．增量式控制算法： ? 由上面的位置式控制算法可推導(dǎo)出： PID 增量式算法 ∫ 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 被控對象 r(k) e(k) y(k) Δu(k) u(t) y(t) )]1()([)()()( ????????? kekeKkeKkeKku dip)2()1()()( ?????? kCekBekAeku)1( TTTTKA dip ???)21( TTKB dp ??TTKC dp?— 交流 — 2022年 6月 2日 7 ? 2．增量式控制算法 ? 優(yōu)點： ? A)由于計算機(jī)輸出是增量，所以誤動作小 ? B)手自動切換時沖擊小，可實現(xiàn)無擾動切換 ? C)算法不需要累加，控制增量只與第 k次的采樣值有關(guān) ? 不足：積分截斷效應(yīng)大，有靜態(tài)誤差，溢出影響大等 — 交流 — 2022年 6月 2日 8 ? 3．控制算法的改進(jìn) ? 由于實際被控對象的復(fù)雜性，普通的 PID控制算法通常很難滿足控制要求，需要對 PID控制算法進(jìn)行改進(jìn)，主要的改進(jìn)算法有以下五種： ? 1）積分分離 PID控制算法 ? 2）遇限消弱積分 PID控制算法 ? 3）不完全微分 PID控制算法 ? 4）微分先行 PID控制算法 ? 5）帶死區(qū)的 PID控制算法 — 交流 — 2022年 6月 2日 9 ? 1）積分分離 PID控制算法 ? 在常規(guī) PID控制器中，積分環(huán)節(jié)的作用是為了消除靜差，提高精度。但是在過程的啟動、結(jié)束或大幅度增減變化設(shè)定值時，短時間內(nèi)系統(tǒng)輸出有很大偏差，會造成 PID運算的積分積累，引起很大的超調(diào)，甚至引起震蕩，這是生產(chǎn)過程不允許的。在常規(guī)控制算法中引入積分分離，既可以保持積分作用，又可以減小超調(diào)量，改善控制性能。 ? 在常規(guī) PID控制算法中，積分項乘一個系數(shù)，則位置式 PID控制算法可寫成如下積分分離形式： ? 優(yōu)點：當(dāng)偏差較小時，采用 PID控制，當(dāng)偏差較大時，采用 PD控制，可大幅度降低超調(diào)量 })]1()([)()({)(,010??????????? kjdip kekeTTjeTTkeKku ??— 交流 — 2022年 6月 2日 10 ? 2）遇限消弱積分 PID控制算法 ? 積分分離該 PID控制算法中開始時不積分，而遇限消弱積分 PID控制算法與之相反?？刂扑惴ǖ幕舅悸肥牵洪_始積分，而進(jìn)入限制范圍后停止積分。當(dāng)控制進(jìn)入飽和區(qū)以后，便不再進(jìn)行積分項的累加，而只執(zhí)行消弱積分的運算計算。在計算 u(k)時，先判斷 u(k1)是否超出限制值，若超出，則只累加負(fù)偏差；若未超出，則累加正偏差。該算法可避免長時間停留在飽和區(qū)。 — 交流 — 2022年 6月 2日 11 ? 3）不完全微分 PID控制算法 ? 在常規(guī) PID控制器中，微分環(huán)節(jié)的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，但對于干擾特別敏感。當(dāng)誤差擾動突變時，微分項的輸出僅在第一個周期
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