[工學(xué)]計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 第5章-預(yù)覽頁
【正文】 1 ) ( 0)d d d dd d d dd d d dkd d d du K a e e au K au K a e e au auu K a e e au a uu k K a e k e k au k a u?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?L(517) 圖 55 不完全微分 PID控制的階躍響應(yīng) a)標(biāo)準(zhǔn) PID控制 b)不完全微分 PID控制 u(k)0PIkTDa)u(k)0PIkTDb)2. 微分先行 PID控制算法 圖 56 微分先行 PID控制算法框圖 E ( s )+R ( s ) Y ( s )()oGsKpKi /sKd sU ( s ) 微分先行 PID控制的特點(diǎn)是只對被控量 y(k)進(jìn)行微分 ， 而不對偏差 e(k)進(jìn)行微分 ， 也即給定值 r(k)無微分作用 。 ( k ))( tr+e ( k ) u ( k )圖 57 帶死區(qū)的 PID控制方框圖 死區(qū)的輸入輸出特性 式中 ， 死區(qū) e0是一個(gè)可調(diào)參數(shù) ， 其值根據(jù)系統(tǒng)性能的要求由實(shí)驗(yàn)確定 。 (2) 對穩(wěn)態(tài)特性的影響 加大比例系數(shù) ， 在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下 ， 可以減少靜差 ， 提高控制精度；但只是減少 ， 不能消除靜差 。 (2) 對穩(wěn)態(tài)特性的影響 積分控制能消除系統(tǒng)的靜差 ， 提高系統(tǒng)的控制精度 。 圖 511 不同 Td時(shí)的階躍響應(yīng)波形 a) Td= b) Td= c) Td= d) Td=1 4. 控制規(guī)律的選擇 控制規(guī)律的選擇與被控對象的特性有關(guān) ， 可以證明：當(dāng)被控對象的傳遞函數(shù)為 和 時(shí) ， PID控制是一種最優(yōu)的控制策略 。 由于實(shí)際對象的物理過程及參數(shù)的變化比較復(fù)雜 ，系統(tǒng)中信號的最高角頻率 ωmax是很難確定的 。 由于模擬 PID控制器應(yīng)用歷史悠久 ， 已有多種參數(shù)整定方法 。 根據(jù)齊格勒 尼柯爾斯 （ ZiegleNichols）經(jīng)驗(yàn)公式 ， 表 52給出由這兩個(gè)基準(zhǔn)參數(shù)得到不同類型調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù) 。 l選擇控制度 Q， 控制度 Q的定義是以數(shù)字 PID控制和模擬 PID控制所對應(yīng)的過渡過程誤差平方的積分之比 ， 即 式中的下標(biāo) D和 A分別表示直接數(shù)字控制和模擬連續(xù)控制 。 應(yīng)用該方法時(shí) ， 需要預(yù)先在對象動態(tài)響應(yīng)曲線上求出等效純滯后時(shí)間 τ ， 等效慣性時(shí)間常數(shù) Tm，以及它們的比值 Tm/τ 。 rTT ? ri TT ? rd TT ?(524) 只有一個(gè)參數(shù) Kp需要整定 ， 使得問題明顯得到簡化 。 先將 Ki、 Kd設(shè)為 0，逐漸加大比例參數(shù) Kp（ 或先取大 ， 然后用 分割法選擇 Kp） 觀察系統(tǒng)的響應(yīng) ， 直到反應(yīng)快 、 超調(diào)小的響應(yīng)曲線 。 在此過程中 ， 可根據(jù)響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)與積分系數(shù) ， 以期得到滿意的控制過程與整定參數(shù) 。 PID控制參數(shù)的自整定法 大多數(shù)生產(chǎn)過程是非線性的 ， 因此 ， 調(diào)節(jié)器參數(shù)與系統(tǒng)所處的穩(wěn)態(tài)工況有關(guān) 。 上述兩點(diǎn)都意味著需要適時(shí)地調(diào)整調(diào)節(jié)器參數(shù) 。 () 1sKeGs Ts??? ? (526) 自校正調(diào)節(jié)器需要相當(dāng)多的被控對象的驗(yàn)前知識 ， 特別是有關(guān)對象時(shí)間常數(shù)的數(shù)量級 ， 以便選擇合適的采樣周期或數(shù)字濾波器的時(shí)間常數(shù) 。 如果對象特性發(fā)生變化 ，可重新進(jìn)入測試模式 ， 再進(jìn)行測試 ， 以求得新的整定參數(shù) 。 這里 4KAd?? ?1/KrK? ?(527) 3) 與擴(kuò)充臨界比例法一樣 ， 根據(jù) Tr和 Kr值 ， 利用表 53中的經(jīng)驗(yàn)公式 ， 求出控制器的各整定參數(shù) 。 數(shù)字 PID控制器的工程實(shí)現(xiàn) 數(shù)字 PID控制器的工程實(shí)現(xiàn)可分為六個(gè)部分： 給定值處理 、 被控量處理 、 偏差處理 、 控制算法實(shí)現(xiàn) 、控制量處理以及自動手動切換 ， 如圖 514所示 。這時(shí)選擇操作員設(shè)置的給定值 SVL， 系統(tǒng)處于單回路控制的內(nèi)給定狀態(tài) 。 (2) 串級控制 當(dāng)軟開關(guān) CAS/SCC切向 CAS位置時(shí) ， 控制器的給定值 SVC由主回路的調(diào)節(jié)模塊給出 。 綜上所述 ， 給定值處理部分共有 3個(gè)輸入量（ SVL 、 SVC 、 SVS ） ， 2 個(gè) 開 關(guān) 量 （ CL/CR 、CAS/SCC） ， 1個(gè)變化率 （ SR） 。 圖 518 偏差處理 CSVCPVCDV計(jì)算偏差D/RDVDLA+AK輸入補(bǔ)償ICMDVCDLAICV非線性特性 1. 計(jì)算偏差 根據(jù)正 /反作用方式 （ D/R） 計(jì)算偏差 DV， 即 當(dāng) D/R=0， 代表 正作用 ， 偏差 DV=CPV－ CSV； 當(dāng) D/R=1， 代表 反作用 ， 偏差 DV=CSV－ CPV。 圖 519 非線性特性 DVCDVA+AK450450 當(dāng)Ｋ =０時(shí) ， 則為帶死區(qū)的 PID控制； 當(dāng)０ Ｋ 1時(shí) ， 則為非線性 PID控制； 當(dāng) K=1時(shí) ， 正常的PID控制 。 以 PID控制算法為例 ， 當(dāng)圖 520中的軟開關(guān)DV/PV切向 DV位置時(shí) ， 選用偏差微分方式；當(dāng)切向 PV位置時(shí) ，則選用測量值 （ 被控量 ） 微分方式 。 3. 輸出保持 當(dāng)軟開關(guān) FH/NH切向 NH位置時(shí) ， 現(xiàn)時(shí)刻的控制量 u(k)等于前一采樣時(shí)刻的控制量u(k1),也即輸出控制量保持不變；當(dāng)軟開關(guān)FH/NH切向 FH位置時(shí) ， 即為正常輸出方式 。 軟開關(guān) FS/NS狀態(tài)一般也來自系統(tǒng)的安全報(bào)警開關(guān) 。 圖 522 自動／手動切換 CMVS MVMHMLUSSASMMVHA /HM 自動/手 動VM執(zhí)行機(jī)構(gòu)HAHMD/AA/D手動操作器軟自動／軟手動控制量限幅 無擾動切換 圖 522 自動／手動切換 CMVS MVMHMLUSSASMMVHA /HM 自動/手 動VM執(zhí)行機(jī)構(gòu)HAHMD/AA/D手動操作器軟自動／軟手動控制量限幅 無擾動切換指的是在進(jìn)行手動到自動或自動到手動的切換之前 ， 不需要由人工進(jìn)行手動輸出控制信號與自動輸出控制信號之間的 平衡操作 ， 就可以保證切換時(shí)不會對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有位置產(chǎn)生擾動 。 (2) 自動到手動 當(dāng)從自動 （ SA或 HA） 切向軟手動 （ SM） 時(shí) ， 只要計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序工作正常 ， 就能自動保證無擾動切換 。 PID控制塊參數(shù)表 完整的 PID控制模塊數(shù)據(jù)區(qū)除了上述各部分外 ，還有被控量量程上限 RH和量程下限 RL， 工程單位代碼 、 采樣 （ 控制 ） 周期等 ， 如圖 523所示 。 圖 523 PID控制模塊數(shù)據(jù)區(qū) MATLAB在數(shù)字 PID控制器 設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 PID控制算法的 M文件編寫 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的被控對象為 ,則標(biāo)準(zhǔn)PID控制仿真程序如下： % PID Controller clear all。 Ti=1。 step(G
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