16 PID控制算法及其數(shù)字實現(xiàn)

微型計算機控制技術 PID控制算法及其數(shù)字實現(xiàn) 連續(xù)控制與離散控制 區(qū)別 器件、控制算法 相同點 被控對象、控制系統(tǒng)性能指標 計算機控制系統(tǒng)的優(yōu)點 一機多用 計算機執(zhí)行速度快 控制算法靈活 幾乎所有的現(xiàn)有控制算法均可由軟件編程實現(xiàn) 可靠性高 對硬件的要求降低了 可改變調節(jié)品質，提高產品的產量和質量 嚴格按照軟件程序執(zhí)行控制過程 生產安全，可改善工人勞動條件 常用的控制方法 計算機控制的主要任務是設計一個數(shù)字調節(jié)器。 常用的控制方法有： 程序控制和順序控制 PID控制 直接數(shù)字控制 最優(yōu)控制 模糊控制 控制策略的混合應用 PID控制算法 PID Proportional、 Integral、 Differential PID控制器的輸出是“偏差”的函數(shù)。 結構形式 P 比例控制 PI 比例積分控制 PD 比例微分控制 PID 比例積分微分控制 PID控制應用廣泛 P控制規(guī)律 P控制規(guī)律 比例調節(jié)器的特性曲線 P控制規(guī)律 優(yōu)點 調節(jié)及時，只要有偏差出現(xiàn)，就能及時產生與之成比例的調節(jié)作用。 缺點 存在靜差，對擾動較大、慣性較大的系統(tǒng)，難于兼顧動態(tài)和靜態(tài)特性。 提高增益可以減小控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，從而提高其控制精度，但是會使系統(tǒng)相對穩(wěn)定性降低，甚至造成閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 P控制規(guī)律 I控制規(guī)律 I控制規(guī)律 PI控制規(guī)律 PI調節(jié)的微分方程 即克服了單純比例調節(jié)存在靜差的缺點，又克服了積分作用調節(jié)慢的缺點，即靜態(tài)和動態(tài)特性都得到了改善，因此得到了廣泛的應用 舉例 被控對象同上例，比例增益取 2，積分時間常數(shù)分別取 3， 6，14， 21， 28，對比階躍響應曲線 D控制規(guī)律 D控制規(guī)律 微分作用的特點：輸出只能反應偏差輸入變化的速度，對于固定不變的偏差，不會有微分作用輸出。 優(yōu)點 使過程的動態(tài)品質得到改善 增加系統(tǒng)阻尼程度 缺點 不能消除靜差，只在偏差剛出現(xiàn)時產生一個很大的調節(jié)作用 容易放大噪聲 PD控制規(guī)律 比例微分調節(jié)器：若將比例和微分兩種作用結合起來，就構成 PD調節(jié)器 舉例 被控對象同上例，比例增益取 2，微分系數(shù)分別取 0， 0.3，0.7， 1.5， 3，對比階躍響應曲線 PID控制規(guī)律 為了進一步改善調節(jié)品質，往往把比例、積分、微分三種作用組合起來，形成 PID調節(jié)器 PID算法的數(shù)字化 在模擬調節(jié)系統(tǒng)中， PID控制算法的模擬表達式為： 式中： y(t) 調節(jié)器的輸出信號 e(t) 調節(jié)器的偏差信號（它等于給定值與測量值之差） KP 調節(jié)器的比例系數(shù) TI 調節(jié)器的積分時間 TD 調節(jié)器的微分時間 PID算法的數(shù)字化 PID算法的數(shù)字化 PID算法的數(shù)字化 增量式 PID算法的優(yōu)點： 增量式 PID算法只需保持當前時刻以前三個時刻的誤差即可。它與位置式 PID相比，有下列優(yōu)點： ）位置式 PID算法每次輸出與整個過去狀態(tài)有關，計算式中要用到過去誤差的累加值，因此，容易產生較大的累積計算誤差。而增量式 PID只需計算增量，計算誤差或精度不足時對控制量的計算影響較小。 ）控制從手動切換到自動時，位置式 PID算法必須先將