位置式pid控制原理(編輯修改稿)
2024-08-03 12:41 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 一拍微分作用過弱，則不易發(fā)揮微分環(huán)節(jié)加快系統(tǒng)調(diào)節(jié)的反應(yīng)速度，縮短調(diào)節(jié)時間的作用。不完全微分算法即在原微分環(huán)節(jié)上添加一個具有低通濾波作用的慣性環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)框圖如下：則不完全微分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為，即，整理后可得 ，轉(zhuǎn)化為微分方程后為，用一階后向差分方程進行離散化為，整理之后可得完全微分與不完全微分的對比分別對完全微分環(huán)節(jié)和不完全微分環(huán)節(jié)施加一個階躍輸入（1）完全微分環(huán)節(jié)完全微分環(huán)節(jié)的輸出表達式為，其輸出值由來決定。、則則完全微分環(huán)節(jié)僅在第一個控制采樣周期之后有幅值為的輸出值。（2）不完全微分環(huán)節(jié)不完全微分環(huán)節(jié)的輸出表達式為，其輸出值不僅與相關(guān)，還會受到的影響。、則不完全微分環(huán)節(jié)不僅在第一個控制采樣周期之后有幅值為的輸出值，相對于完全微分環(huán)節(jié)在第一個控制采樣周期之后的輸出有了一定的衰減，而且在后面的控制采樣周期之后仍然有輸出值，且個輸出值以的比例進行衰減。因此采用不完全微分算法，可以達到以下目的：一、衰減了完全微分環(huán)節(jié)在第一個控制采樣周期之后的輸出值，避免了因過強的微分作用造成系統(tǒng)輸出產(chǎn)生超調(diào)的現(xiàn)象。二、將微分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)作用擴展至第一個控制采樣周期之后的多個周期，強化了微分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)作用。三、衰減了微分環(huán)節(jié)的脈沖輸出，提高了控制系統(tǒng)的抗干擾性。微分先行即將對偏差的微分改為對被控變量的微分，微分環(huán)節(jié)的輸出為微分先行算法適用于給定值需要發(fā)生頻繁改變的控制系統(tǒng)，對于此類系統(tǒng)，被控變量與給定值的偏差會出現(xiàn)頻繁的跳變，如果對偏差進行微分，則會使微分結(jié)果產(chǎn)生劇烈的脈沖變化，不利于控制系統(tǒng)的穩(wěn)定，而控制系統(tǒng)的被控變量輸出一般不會產(chǎn)生突變（即使給定值改變，被控變量的變化也是一個相對緩慢的過程），采用微分先行算法在預(yù)測輸出變化趨勢的同時，避免了控制量的脈沖式頻繁突變，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。 積分環(huán)節(jié)的改進積分飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生及影響：當(dāng)控制系統(tǒng)輸出的被控變量長時間未達到給定值時，這段時間之內(nèi)積分環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的控制量將形成一個很大的積累值，PID控制器的輸出控制量將由于積分環(huán)節(jié)的累積作用而不斷增加。當(dāng)控制量達到或超出執(zhí)行機構(gòu)的輸入信號上下限時，此后執(zhí)行機構(gòu)將進入飽和區(qū)，不再隨著輸入控制量的增加而進一步的動作。當(dāng)偏差值反向時，控制器的輸出控制量需要很長時間才能夠退出飽和區(qū)，在這段時間之內(nèi)執(zhí)行機構(gòu)將停留在極限位置而暫時失去控制，使控制系統(tǒng)性能惡化。 積分限幅算法設(shè)置控制器輸出控制量的極限值，當(dāng)PID控制器的輸出量超出設(shè)定范圍后，即停止積分運算，僅保留比例及微分運算。算法原理如下所述：設(shè)定范圍①若，則②若，則 積分分離算法積分分離算法的基本思想是，當(dāng)被控量與設(shè)計的偏差量偏差較大時，取消積分量，以免積分量使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，超調(diào)量增大；當(dāng)被控值接近定值時，引入積分控制，以消除靜差，提高系統(tǒng)精度。算法原理如下所述：計算，設(shè)定門限值 ，控制器輸出控制量為①若，時 ①若，時在時，雖然控制器輸出控制量中不含積分項，但控制器仍然將每次采樣后所得的偏差值進行累加運算。 變速積分算法變速積分PID的基本思路是改變積分項的累加速度，使其與偏差大小相對應(yīng)，當(dāng)偏差值較大時，使積分速度減慢；當(dāng)偏置值較小時，使積分速度加快。這樣就可以起到抑制積分環(huán)節(jié)產(chǎn)生超調(diào)，同時縮短調(diào)節(jié)時間，提高控制精度的作用，算法原理如下所述：計算，設(shè)定系數(shù)值，控制器輸出控制量為其中的值越大，則的值越小，則積分項累加的速度也就越慢；反之的值越小，則的值越大，則積分項累加的速度也就得到提高。為使區(qū)間之內(nèi)，需使 。 對比例環(huán)節(jié)的改進在調(diào)節(jié)過程的末段，當(dāng) 小于某一值時，執(zhí)行器只需再發(fā)生輕微的動作，就可以消除這一偏差，若比例系數(shù)的值設(shè)置偏大，則容易使執(zhí)行器動作過量而出現(xiàn)較大超調(diào)。因此可以設(shè)置一個非線性區(qū)間，同時令比例項的計算為。當(dāng)偏差絕對值時，；當(dāng)偏差絕對值時。這樣就可以設(shè)置一個較大的比例系數(shù)，時控制器在調(diào)節(jié)開始時刻調(diào)節(jié)速度較快，而在調(diào)節(jié)過程接近結(jié)束時，放慢調(diào)節(jié)速度，避免出現(xiàn)較大超調(diào)。6位置型PID控制的工程實現(xiàn) PID控制系統(tǒng)的功能構(gòu)成 一個完備的PID控制系統(tǒng)需要具備以下功能：① 可以在線進行PID控制比例系數(shù)、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)、誤差帶、目標(biāo)值和控制周期的設(shè)置② 實現(xiàn)PID自動控制的啟動及停止、實現(xiàn)執(zhí)行器手動控制以及手動控制和自動控制之間的切換③ 實現(xiàn)被控變量和控制變量的監(jiān)控及顯示，同時用圖像記錄手動及自動調(diào)節(jié)過程中被控變量及控制變量的變化，并能對圖片進行刪除和保存④ 能夠?qū)嶒炑b置上的必要設(shè)備進行操作 PID控制周期的選擇PID控制周期也就是PID控制器周期性輸出控制量的時間間隔。每經(jīng)過一個控制周期，控制器計算一次被控變量與給定值之間的偏差，并依據(jù)偏差輸出
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