【正文】 if(fabs(e[0])b) p=e[0]。 } ///////////////////////// 帶 死 區(qū) 的 數(shù) 字 PID 算法/////////////////////////////// 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 float PID::PIDdsqsz(float New, float Sp,float u,float du,float d) { static float e[3]={,},p=,b=。 e[0]=SpNew。} return u。} if(e[0]0amp。 if(e[0]0amp。 //數(shù)據(jù)更新 // e[1]=e[0]。 } 。 if(e[0]=Beta) {du=C1*du+C2*e[0]+C3*e[1]+C4*e[2]。 } ///////////////////////////// 積 分 分 離 算 法 改 進(jìn) 計(jì) 算 過 程//////////////////////////// float PID::PIDjffl(float New, float Sp,float u,float du,float Beta) { static float e[3]={,}。 e[0]=SpNew。 //C22 為第二種方法積分分離方法中 ,PD 算法的系數(shù) C23=(Kp*T*(1+Td/T)/(T+Tf))。 /* 增 量 型 PID 運(yùn) 算 系 數(shù) 有C1,C2,C3,C4*/ C2 =(Kp*T*(1+T/Ti+Td/T)/(T+Tf))。 /*積分時(shí)間 */ Td =。 } Pid : // : PID 計(jì)算過程 . include 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 PID::PID() { initial()。 = TRUE。 } fclose(f)。 f=fopen(,w)。 /////////////////////////////// 退出///////////////////////////////////// case39。 if(y[i]2*sensor()) y[i]=fabs()*sensor()。 for(i=0。:{ cout輸入需要設(shè)定的死區(qū)范圍值 (取絕對值 ):endl。 } break。i100。439。 printf( 加入控制對象經(jīng)過 PID 反 饋 調(diào) 節(jié) 后 的 輸出 %f\n,y[i])。 for(i=0。 cout輸入需要設(shè)定的系統(tǒng)輸出的下限幅值 :(如 1)endl。 //////////////////////////////// 抗 積 分 飽 和 算 法///////////////////////////// case39。 if(y[i]2*sensor()) y[i]=*sensor()。 for(i=0。:{ cout輸入需要設(shè)定的偏差 Beta 值 :endl。 } break。i100。139。 cout\n\nendl。 cout \n\nendl。 int i。 總之，本次論文雖然取得了一定成果，但在很多方面還只是探討性工作，在深度和廣度上還存在許多不足之處 ，懇請各位老師批評指正。 2．程序結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，之前并無編寫規(guī)范程序的經(jīng)驗(yàn)，靠經(jīng)驗(yàn)不斷試驗(yàn)。 結(jié)論與展望 盡管經(jīng)過改進(jìn)的 PID控制器具有較以前常規(guī) PID的應(yīng)用方面有更加優(yōu)良的表現(xiàn)在控制性能方面，但是也存在一些不足，時(shí)間的發(fā)展使得 PID 控制器走過了半個(gè)世紀(jì)，雖然它是應(yīng)用最廣的控制 器，但是面對現(xiàn)在科技，環(huán)境，社會的復(fù)雜情況，單純的改進(jìn)算法 PID 也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，而更加智能的控制器，如 單神經(jīng)元自適應(yīng)PID 控制、融合型智能 PID控制器等 將會有更廣闊的使用空間 。 圖 310 帶死區(qū) 抗積分飽和算法 PID 階躍響應(yīng) 圖 311 不帶死區(qū)有小擾動抗積分飽和算 法 PID 階躍響應(yīng) 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 積分分離算法，超調(diào)量明顯減少。 被控對象 被控對象為一延遲對象，采樣時(shí)間為 20s，延遲時(shí)間為 4 個(gè)采樣時(shí)間，即為80s。 程序過程： 用當(dāng)前畫筆描繪一系列線段。 pt[i].y = (int)(cyClientcyClient*yd[i]/3) 。ps) 。i++) { fscanf(f,%f ,amp。 f=fopen(,r)。i100。在執(zhí)行完 PID計(jì)算程序后， Y[i]數(shù)組中存放的輸出值使用如下語句，寫入 文件。 如果滿足偏差 e[0]小于等于輸入的設(shè)定 值，則繼續(xù) PID計(jì)算： 1 2 3 4( ) ( 1 ) ( ) ( 1 ) ( 2 )u k C u k C e k C e k C e k? ? ? ? ? ? ? ? ?； ( ) ( 1) ( )u k u k u k? ? ? ?； 如果當(dāng)偏差 e[0]大于輸入的設(shè)定值 Beta，則停止積分作用，采取 PD計(jì)算： 22C 代替 2C 1 2 2 3 4( ) ( 1 ) ( ) ( 1 ) ( 2 )u k C u k C e k C e k C e k? ? ? ? ? ? ? ? ?； ( ) ( 1) ( )u k u k u k? ? ? ?； 然后將 ()uk 返回至 中的數(shù)組 y[i]，并儲存。 u=u+du。 e[0]=SpNew。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 ，先在頭文件中定義一個(gè)類， PID 類，然后 申明 PIDjffl 為該類中的一個(gè)成員函數(shù)。 return u。 /*數(shù)據(jù)更新 */ e[1]=e[0]。 //C23 為第三種方法抗積分飽和中 Ki=0則 (1/Ti)=0 時(shí) } float New,Sp,u,du， Float Beta， float umin,float umax, float d: New： 反饋回來的輸出值； Sp： 輸入值； U： 增量型實(shí)際微分 PID 控制算法中經(jīng)過離散化的 u(k)； Du: 增量型實(shí)際微分 PID 控制算法中的 ()uk? ； Beta： 積分分離算法中的設(shè)定值 Beta； float umin: 抗積分飽和算法中的下限； float umax: 抗積分飽和算法中的上限； float d: 帶死區(qū)的數(shù)字 PID 算法中死區(qū)幅值。 C3 =(0Kp*T*(1+2*Td/T)/(T+Tf))。 /*微分時(shí)間 */ Tf =。 主要變量有： void PID::initial() { Kp =55。 x,z：是初始化數(shù)據(jù)，是實(shí)際微分 PID控制算法中，設(shè)置 du 和 u的初值為 0。 int i。所謂 C更具 優(yōu)勢對絕大多數(shù)程序員都是不成立的，因?yàn)槟阌梅?OOP 思想設(shè)計(jì)出的C程序，本身由于混亂維護(hù)造成的損失會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于封裝帶來的損失 現(xiàn)在已經(jīng)不是講那么細(xì)節(jié)的效率的時(shí)代了，對于幾個(gè)指令調(diào)用上的損失，往往會被人家忽略，人們更多的會關(guān)注項(xiàng)目的可重用性，可維護(hù)性和可讀性，這些C都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如 C++，所以選擇 C++和 VC++來編寫常見 PID 改進(jìn)的編程研究和仿真實(shí)現(xiàn)。為什么要懸在 C++和 VC，因?yàn)?matlab 有強(qiáng)大的函數(shù)庫，而 VC具有高效率的優(yōu)點(diǎn)。 在控制精度要求不高、控制過程要求平穩(wěn)的場合，可以人為的設(shè)置 一個(gè)不靈敏區(qū) B，即帶死區(qū)的 PID 控制。不完全微分 PID控制算法就是采用一個(gè)帶慣性的微分環(huán)節(jié)來克服常規(guī) PID控制的這一缺點(diǎn)。 若 max()u k U? ，只累加負(fù)的誤差；若 min()u k U? ，只累加正的誤差。其具體實(shí)現(xiàn)步驟如下 : (1)根據(jù)具體系統(tǒng) ,人為設(shè)定閾值Δ 0； (2)當(dāng)時(shí) |e(k)|Δ ,采用 PD 控制 ； (3)當(dāng)時(shí) |e(k)|Δ ,采用 PID 控制 ； 積分分離控制算法可表示為 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 0( ( ) ( 1 ) )( ) ( ) ( )k dp i sj sk e k e ku k k e k k e j T T????? ? ?? 其中 sT 為采樣時(shí)間， ? 為積分項(xiàng)的開關(guān)系數(shù)： 1 | ( ) |0 | ( ) |ekek ?? ???? ? ?? 積分分離 PID 控制算法的程序框圖如圖 21所示 ： 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 抗積分飽和算法 當(dāng)系統(tǒng)存在一個(gè)方向的誤差時(shí)，由于積分的累加作用會使控制量一直增大，可能會使控制量達(dá)到執(zhí)行器的執(zhí)行閾值，如果此時(shí)誤差的方向發(fā)生改變，控制量會逐漸減小，控制量也會退出飽和區(qū)，執(zhí)行器也會在閾值內(nèi)執(zhí)行；如果此時(shí)誤差方向還是沒有改變，控制量會繼續(xù)增大但是執(zhí)行器會一直保持在閾值，此時(shí)控制量就進(jìn)入了飽和區(qū)。選用一個(gè)典型的熱工被控對象，具有一定的滯后特性，經(jīng)過四種改進(jìn)程序比較仿真結(jié)果。 本論文的章節(jié)安排 第一章 緒論 簡單論述了選題的意義和重要性以及 PID 改進(jìn)算法的研究現(xiàn)狀，并闡述了論文的理論依據(jù)，說明了本論文所采用算法的可行性和必要性。 單神經(jīng)元控制器繼承了常規(guī) PID 控 制器的簡單、實(shí)用、易于在 DCS 系統(tǒng)中通過組態(tài)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場可調(diào)整參數(shù)少，易于現(xiàn)場調(diào)試，控制品質(zhì)優(yōu)于常規(guī) PID控制器。 需要指出的是，死區(qū)是一個(gè)非線性環(huán)節(jié)，不能像線性環(huán)節(jié)一樣隨便移到 PID控制器的后面，對控制量輸出設(shè)定一個(gè)死區(qū)，這樣做的效果是完全不同的?？梢杂行б种聘蓴_信號的影響，改善系統(tǒng)性能。 不完全微分算法 在 PID 控制中，微分信號的引入可改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，但也易引起高頻干擾，在誤差擾動突變時(shí) 尤其顯出微分項(xiàng)的不是。積分分離算法進(jìn)行分離的依據(jù)是PID 控制器 的輸入偏差 e ，而抗積分飽和算法的抗積分飽和依據(jù)是抗積分飽和算法系統(tǒng)最終的控制輸出 u。 這里要特別注意，是否采取抗積分飽和措施的關(guān)鍵是判斷控制系統(tǒng)最終的控制輸出是否超出了系統(tǒng)要求的限幅值。設(shè)控制器輸出滿足 min max()U u k U??，其中 maxU 和 minU 分別為控制量容許的上、下限值。當(dāng)偏差反向時(shí)，系統(tǒng)需要很長的時(shí)間才能使積分作用返回有效的正常值。 抗積分飽和算法 雖然 PID控制系統(tǒng)是作為線性系統(tǒng)來分析處理的，但是某些情況下往往存在不可避免的非線性因素，如所有的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥門以及 D/A轉(zhuǎn)換輸出都有限幅，具有上、下限的限制。 積分分離除了采用上述簡單的積分 “開關(guān)”控制外，還可以采用所 謂變速積分的算法?？紤]到積分的主要作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差，在偏差較大的過程中，積分的作用并不明顯，為此可以通過下面的積分分離措施來改變這一情況。此時(shí)如果系統(tǒng)中加入了積分環(huán)節(jié)，則系統(tǒng)在積分環(huán)節(jié)的作用下逐漸減小靜態(tài)誤差，這樣系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間將會很長，這樣的控制器也是不能滿足工業(yè)控制的需要的。為了驗(yàn)證算法存在的普遍缺陷 ，采用 Simulink 模塊與 M 函數(shù)相結(jié)合的形式，利用 ODE45的方法求解連續(xù)對象方程，主程序由 Simulink 模塊實(shí)現(xiàn)， PID 控制器由 M 函數(shù)實(shí)現(xiàn)。 )]}2()1(2)([)()]1()({[ )1()()( ????????? ???? kekekeKkeKkekek kukuku DIp?????????????????????)()1()()]}2()1(2)([)()]1()({[)()()()(kukukukekekeKkeKkekekkukykrkeDIp華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 由于非遞推位置式算法的積分項(xiàng)計(jì)算時(shí) 與前 K次的誤差都有關(guān)，計(jì)算量大，而且易于出現(xiàn)問題；而遞推位置式算法在計(jì)算過程中只與最近的三次誤差值有關(guān)，計(jì)算量小，在計(jì)算機(jī)編程的控制算法中得到廣泛的應(yīng)用。 u(k)— 第 k次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值； e(k)— 第 k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； e(k1)— 第（ k－ 1）次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； Kp—— 比例系數(shù)， KI— 積分系數(shù)， KD— 微分系數(shù)， 通常稱式（ 1）為位置式 PID 控制算法，這種是位置式的非遞推形式。 隨著 PID控制器的日趨完善 ,上文中提到的在 PID 控制器中引用了許多 PID改進(jìn)算法，來彌補(bǔ) PID不能適應(yīng)較為復(fù)雜的控制環(huán)境。這樣的 產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的 PID 控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了智能調(diào)節(jié)器 (intelligent regulator)，其中 PID 控制器 已經(jīng)不再是簡單的數(shù)華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 字 PID 常規(guī)控制，而引用了很多改進(jìn)算法 。 雖然有這些缺點(diǎn)， PID控制器是最簡單的有時(shí)卻是最好的控制器 ，所以本文的意義是盡可能的改進(jìn) PID 運(yùn)算規(guī)律