先進(jìn)pid控制算法研究-文庫吧資料
2025-08-11 02:42本頁面
【正文】 on MATLAB Wenfeng(School of physics and electrical engineering, Anyang Normal University ,Anyang ,Henan455002)Abstract: In this paper, the integral separation, selection of speed change integral and inplete differential PID control algorithm of three kinds of non standard as the representative, briefly introduced the principle and implementation of advanced PID control algorithm, discusses the limitations of the conventional PID control algorithm, and analysis of the advanced PID control algorithm with the conventional PID control algorithm with different. Experiments using MATLAB simulation, using the M programming language to achieve a variety of PID control parison, demonstration of advanced PID control pared with the conventional PID control superiority.Keywords: PID control。5結(jié)語 本文對(duì)積分分離、變速積分和不完全微分三種先進(jìn)PID控制算法進(jìn)行了深入的剖析，并通過MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這三種由常規(guī)PID改進(jìn)而來非標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法切實(shí)解決了常規(guī)PID控制難以解決的飽和問題，充分顯示了先進(jìn)PID控制較常規(guī)PID控制的先進(jìn)性。不完全微分的PID算法中，其微分作用逐漸下降，微分輸出信號(hào)按指數(shù)規(guī)律逐漸衰減到零，因而系統(tǒng)變化比較緩慢，不容易引起振蕩。不完全微分PID控制仿真結(jié)果如圖42，普通PID控制仿真結(jié)果如圖43： 圖42 不完全微分PID控制輸入輸出信號(hào) 圖43 普通PID控制輸入輸出信號(hào) 結(jié)論對(duì)比較m=1與m=2的圖可得知，常規(guī)PID控制的調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量等都高于不完全微分PID控制系統(tǒng)，采用不完全微分PID控制能有效地克服偏差干擾帶來的不良影響。所加的低通濾波器為。采樣周期為20ms。若輸入為單位階躍，k=0,1,2,……則 （） …………因?yàn)?則輸出是按照指數(shù)形式衰減的曲線，可以保證由于被控對(duì)象的滯后作用而起到超前調(diào)節(jié)的目的。 U(s))E(s) 圖41 不完全微分法一結(jié)構(gòu)圖其傳遞函數(shù)為： （）將上式離散化為： （）現(xiàn)在推導(dǎo)的表達(dá)式： （）將其寫成微分方程： （）假設(shè)采樣時(shí)間為Ts，將上式離散化為： （）令則有： （）其中。為了克服上述缺點(diǎn)，通常在微分項(xiàng)上加入一階慣性環(huán)節(jié)（低通濾波器）其中為濾波系數(shù)。對(duì)于時(shí)間常數(shù)T較大的系統(tǒng)，幾乎起不到微分作用，因而不能達(dá)到超前控制誤差的目的。微分作用的引入，主要是為了改善控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，使控制信號(hào)的相位超前，提高系統(tǒng)的相位裕度，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但由于對(duì)于干擾特別敏感，同時(shí)也會(huì)放大系統(tǒng)噪聲，從而導(dǎo)致系統(tǒng)控制過程振蕩，降低了調(diào)節(jié)品質(zhì)。抑制比例和微分飽和的另一種辦法是采用不完全微分，即將過大的控制量分多次執(zhí)行，以避免出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。抑制比例和微分飽和的辦法之一是“積累補(bǔ)償法”，其基本思想是把那些因飽和而未能執(zhí)行的增量信息保存到累加器中，當(dāng)控制量脫離飽和區(qū)之后，再補(bǔ)充執(zhí)行。當(dāng)給定值發(fā)生很大躍變時(shí)，比例項(xiàng)和微分項(xiàng)計(jì)算出的控制增量可能較大，甚至越限，這樣就使一部分增量信息沒有執(zhí)行，造成控制效果不理想，這就是比例和微分飽和。 圖33 變速積分PID輸入輸出信號(hào) 圖34 普通PID輸入輸出信號(hào) 結(jié)論 如果與積分分離PID控制算法相比較可以得出，積分分離算法的上升時(shí)間較短，而變速積分算法用比例消除大誤差，用積分消除小誤差，可完全消除積分分離現(xiàn)象，各參數(shù)容易整定，調(diào)節(jié)時(shí)間較短，最大超調(diào)量較小，振蕩次數(shù)較少。仿真程序見附錄。實(shí)際中，A，B 的值可做一次性整定， 當(dāng) A，B 的值選得越大， 變速積分對(duì)積分飽和抑制作用就越弱，反之則越強(qiáng)，一般來說，最好取A=30%，B=20%為宜。 而當(dāng)偏差在 B到( A + B) 之間時(shí)，則累積記入的是部分當(dāng)前值，其值在0和|e(k)|之間，隨|e(k)|的大小而變化，其速度在與之間。變速積分 PID 算法為: （）的值在區(qū)間內(nèi)變化，當(dāng)偏差大于所給分離區(qū)間(A + B)后，不再對(duì)當(dāng)前偏差進(jìn)行繼續(xù)累加。變速積分法的基本思路是設(shè)法改變積分項(xiàng)的累加速度，使其與偏差的大小相適應(yīng):偏差較大時(shí)，積分作用減弱，偏差較小時(shí)，積分作用增強(qiáng)?；谶@種要求，我們提出了變速積分PID控制算法。如果只進(jìn)行PD控制，會(huì)使控制出現(xiàn)余差。需要說明的是，為保證引入積分作用后系統(tǒng)的穩(wěn)定性不變，在輸入積分作用時(shí)比例系數(shù)可進(jìn)行相應(yīng)變化。當(dāng)被控量與設(shè)定值偏
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