計算機控制系統(tǒng)間接設計法-資料下載頁
2025-01-06 19:34本頁面
【正文】 （ 2）對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響：微分環(huán)節(jié)的加入，可以在誤差出現(xiàn)或變化瞬間，按偏差變化的趨向進行控制。它能在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調節(jié)時間。 PID參數對系統(tǒng)性能的影響分析 試湊法是通過計算機仿真或實際運行，觀察系統(tǒng)對典型輸入作用的響應曲線，根據各調節(jié)參數（ ）對系統(tǒng)響應的影響，反復調節(jié)試湊，直到滿意為止，從而確定 PID參數。試湊時，可參考 PID各參數對控制系統(tǒng)性能的影響趨勢，實行先比例、后積分、再微分的反復調整。 試湊法確定 PID控制器參數 ,p I DK T T試湊法確定 PID控制器參數 ① 首先只確定比例系數，將 由小變大，使系統(tǒng)響應曲線略有超調。此時若系統(tǒng)無穩(wěn)態(tài)誤差或穩(wěn)態(tài)誤差已小到允許范圍內，并且認為響應曲線已屬滿意，那么，只須用比例控制器即可，而最優(yōu)比例系數 也就相應確定了。 pKpK② 若在比例調節(jié)的基礎上，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差太大，則必須加入積分環(huán)節(jié)。整定時先將第一步所整定的比例系數略為縮?。ㄈ鐬樵档?），再將積分時間常數置成一個較大值并連續(xù)減小，使得在保持系統(tǒng)動態(tài)性能的前提下消除穩(wěn)態(tài)誤差。這一步驟可反復進行，即根據響應曲線的好壞反復改變比例系數與積分時間常數，以期得到滿意的結果。 試湊法確定 PID控制器參數 ③ 若使用 PI控制器消除了穩(wěn)態(tài)誤差，但系統(tǒng)動態(tài)響應經反復調整后仍不能令人滿意，則可以加入微分環(huán)節(jié)，構成 PID控制器。在整定時，先將微分時間常數設定為零，再逐步增加 并同時進行前面①、②兩步的調整。如此逐步湊試，以獲得滿意的調節(jié)效果和控制參數。 試湊法確定 PID控制器參數 DT工程算法確定 PID參數 擴充臨界比例度法 使用該方法整定數字 PID控制器參數的步驟如下： ① 選定一個足夠短的采樣周期，一般采樣周期 T小于被控對象純滯后時間的 1/10以下。 ② 用該比例控制器構成閉環(huán)，并使數字閉環(huán)系統(tǒng)工作。逐漸加大比例系數，直到系統(tǒng)發(fā)生持續(xù)等幅振蕩，即系統(tǒng)輸出或誤差信號發(fā)生等幅振蕩。對應此時的比例系數為，臨界振蕩周期為。 ③ 按下面的經驗公式得到不同類型控制器參數 工程算法確定 PID參數 ?0. 45 , 0. 83p r I rK K T T?? , , 25p r I r D rK K T T T T? ? ?P控制器： PI控制器： PID控制器： ④ 使用中還可以將這一方法擴充，即引入控制度的概念。控制度是以模擬調節(jié)為基準，將直接數字控制即 DDC的控制效果與模擬控制效果相比較。評價函數采用誤差平方積分（即控制度 Q），其表達式如下： 工程算法確定 PID參數 2()2()()()e t dte t dt????????????????0數 字 控 制0模 擬 控 制Q=控制度 控制規(guī)律 T PI PID － PI PID － PI PID － PI PID － 模擬控制器 PI PID — — － 簡化的擴充臨界比例度法 PI PID — — － pK IT DTrTrT rTrTrTrTrTrTrKrKrKrKrKrKrKrKrKrKrKrKrTrTrTrTrTrTrTrTrTrTrTrTrTrTrTrTrTrT工程算法確定 PID參數 實際運用中，控制度僅是表示控制效果的物理概念，并不需要計算兩個誤差平方面積。當控制度為 ，可以認為數字控制與模擬控制效果相當；從提高數字 PID控制品質出發(fā)，控制度可以選的小一些；從提高系統(tǒng)穩(wěn)定性出發(fā)，控制度可以選的大一些。引入控制度后，根據 和 由上表表中求得 PID各參數之值。 rKrT工程算法確定 PID參數 一階保持器幅頻特性 ⑤ 根據表 PID參數，運行系統(tǒng)，如果控制效果不好，可適當減少比例系數 ， 重復步驟④，直到獲得滿意的控制效果。 pK工程算法確定 PID參數 工程算法確定 PID參數 擴充響應曲線法 在數字 PID控制器參數整定時，也可以采用模擬PID控制的響應曲線法，即擴充響應曲線法。其步驟如下： ① 讓系統(tǒng)處于手動操作的開環(huán)狀態(tài)下，將被調量調節(jié)到給定值附近，并使之穩(wěn)定下來。 ② 給系統(tǒng)加以階躍輸入，記錄被調量的階躍響應曲線，如下圖所示。 ③ 在階躍響應曲線的拐點處作切線求得滯后時間和被控對象時間常數， 工程算法確定 PID參數 ?T?0y ( t )y ( 0 )t 擴充響應曲線法 PID歸一參數整定法 Roberts在 1974年提出了一種簡化的擴充臨界比例度整定法，該方法以擴充臨界比例度整定法為基礎。設 PID的增量算式為： 工程算法確定 PID參數 u ( k T ) [ ( ) ( ) ] ( ) [ ( ) 2 ( ) ( 2 ) ]DpITTK e k T e k T T e k T e k T e k T T e k T TTT??? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????工程算法確定 PID參數 根據大量的實際經驗的總結，人為假設約束條 件，以減少獨立變量的個數。如?。? 25rIrDrTTTTTT??? ??? ??得到 ： u ( k T ) [ 2 .4 5 ( ) 3 .5 ( ) 1 .2 5 ( 2 ) ]pK e k T e k T T e k T T? ? ? ? ? ?由上式可以看出，對四個參數的整定簡化成了對一個參數 的整定，使問題簡化了。 pK
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