計算機控制系統(tǒng)間接設(shè)計法-閱讀頁
2025-01-21 19:34本頁面
【正文】 時，采用 PID控制。采樣周期為 T=，輸 入為單位階躍信號。采用普通 PID控制所得的階躍響應(yīng)曲線如下圖的虛線所示?？梢姡捎梅e分分離 PID控制算法使得控制系統(tǒng)的性能有了較大的改善。在計算 時，分為兩種情況： 為正時，如果 ，則只累加負(fù)偏差；若 ，則正常積分。這種算法可以避免控制量長時間停留在飽和區(qū)。 )(ke )(kuD DD Ku ?)0(0)2()1( ??? ?DD uuDu DK克服上述缺點的方法之一是，在 PID算法中加一個一階慣性環(huán)節(jié)（即低通濾波器） ( ) 1 /[ 1 ( ) ]ffG s T s??改進的數(shù)字 PID算法 pKpI sKT()Es ()Us1 pDfssKTT?pKpI sKT()Es ()UspD sKT11 f sT?++++++ a）低通濾波器直接加在微分環(huán)節(jié) b）低通濾波器加在整個 PID控制器之后 改進的數(shù)字 PID算法 PID控制算法 微分先行 PID控制的特點是只對輸出量進行微分，而對給定值不作微分。這種輸出量先行微分控制適用于給定值頻繁升降的場合，可以避免給定值升降時所引起的系統(tǒng)振蕩，明顯地改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性。() ke0e?0e?PI D 控 制 器 生 產(chǎn) 過 程()ctT+()ck0e? 0e? PID的參數(shù)整定 整定 PID控制參數(shù)的方法很多， 可以歸納為理論整定法與工程整定法 兩大類。理論整定需要知道被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，否則整定后的控制系統(tǒng)難以達到預(yù)期的效果。 實際中應(yīng)用較多的是工程整定法，即一種近似的經(jīng)驗方法。 T。 （ 2）對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響：在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，加大 Kp可以減少穩(wěn)態(tài)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。 （ 1）對系統(tǒng)的動態(tài)性能影響：積分控制通常影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 （ 2）對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響：積分控制有助于消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度，但若 TI太大，積分作用太弱，則不能減少余差。 （ 1）對系統(tǒng)的動態(tài)性能影響：微分時間 TD的增加即微分作用的增加可以改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，如減少超調(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時間等。 （ 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。 PID參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響分析 試湊法是通過計算機仿真或?qū)嶋H運行，觀察系統(tǒng)對典型輸入作用的響應(yīng)曲線，根據(jù)各調(diào)節(jié)參數(shù)（ ）對系統(tǒng)響應(yīng)的影響，反復(fù)調(diào)節(jié)試湊，直到滿意為止，從而確定 PID參數(shù)。 試湊法確定 PID控制器參數(shù) ,p I DK T T試湊法確定 PID控制器參數(shù) ① 首先只確定比例系數(shù)，將 由小變大，使系統(tǒng)響應(yīng)曲線略有超調(diào)。 pKpK② 若在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差太大，則必須加入積分環(huán)節(jié)。這一步驟可反復(fù)進行，即根據(jù)響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)與積分時間常數(shù)，以期得到滿意的結(jié)果。在整定時，先將微分時間常數(shù)設(shè)定為零，再逐步增加 并同時進行前面①、②兩步的調(diào)整。 試湊法確定 PID控制器參數(shù) DT工程算法確定 PID參數(shù) 擴充臨界比例度法 使用該方法整定數(shù)字 PID控制器參數(shù)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。逐漸加大比例系數(shù)，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。 ③ 按下面的經(jīng)驗公式得到不同類型控制器參數(shù) 工程算法確定 PID參數(shù) ?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。評價函數(shù)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(shù) 2()2()()()e t dte t dt????????????????0數(shù) 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(shù) 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。引入控制度后，根據(jù) 和 由上表表中求得 PID各參數(shù)之值。 pK工程算法確定 PID參數(shù) 工程算法確定 PID參數(shù) 擴充響應(yīng)曲線法 在數(shù)字 PID控制器參數(shù)整定時，也可以采用模擬PID控制的響應(yīng)曲線法，即擴充響應(yīng)曲線法。 ② 給系統(tǒng)加以階躍輸入，記錄被調(diào)量的階躍響應(yīng)曲線，如下圖所示。設(shè) PID的增量算式為： 工程算法確定 PID參數(shù) 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(shù) 根據(jù)大量的實際經(jīng)驗的總結(jié)，人為假設(shè)約束條 件，以減少獨立變量的個數(shù)。 pK
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