積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施PPT課件

1、1,積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施,積分飽和現(xiàn)象,2,積分飽和現(xiàn)象,圖4.14 加熱器出口水溫控制系統(tǒng),圖4.15 溫度比例積分控制系統(tǒng)積分飽和,3,限制PI調(diào)節(jié)器的輸出 uPI設(shè)定限值時(shí)， uPI=umax 結(jié)果：這樣有可能在正常操作中不能消除系統(tǒng)的余差 積分分離法 e設(shè)定限值時(shí)，改用純P調(diào)節(jié) 結(jié)果：既不會(huì)積分飽和又能在小偏差時(shí)利用積分作用消除偏差 遇限削弱積分法 uPI設(shè)定限值時(shí)，只累加負(fù)偏差，反之亦然 結(jié)果：可避免控制量長時(shí)間停留在飽和區(qū),抗積分飽和的措施,4,位置型與增量型PID算法,2.5.3,時(shí)間連續(xù)型PID算式,則可作如下近似變換：,位置型PID算式,5,位置型PID算法說明,由

2、于位置式PID控制算法是全量輸出，故每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì)e(k)進(jìn)行累加，計(jì)算機(jī)運(yùn)算工作量大。而且，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出u(k) 對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如果計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，u(k)大幅度變化，會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化，在某些場合，可能造成重大的生產(chǎn)事故，為避免這種情況的發(fā)生，提出了增量式PID控制的控制算法。,位置型PID算式,6,上面兩式相減得,可以看出，由于一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，一旦確定了Kp、Ki、Kd，只要使用前后3次測量值的偏差，即可求出控制增量。,7,增量型PID算法說明,8,系統(tǒng)校正方法,系統(tǒng)校正就是找出一種合適的裝置，將其置于控制系統(tǒng)中

3、，以完成系統(tǒng)綜合的任務(wù)，即使控制系統(tǒng)達(dá)到所要求的性能指標(biāo),2.6,9,2.6.1,引言,10,11,12,13,14,15,16,校 正 方 式,串聯(lián)校正,反饋校正,校正裝置,校正裝置,前饋校正,復(fù)合校正,Y(s),Y(s),圖 串聯(lián)校正,圖 反饋校正,17,2.6.2,基本控制規(guī)律分析,18,在校正裝置中，常采用比例(P)、微分(D)、積分(I)、比例微分(PD)、比例積分(PI)、比例積分微分(PID)等基本的控制規(guī)律。,1. 比例(P)控制,具有比例控制規(guī)律的控制器稱為比例控制器其特性和比例環(huán)節(jié)完全相同，它實(shí)際上是一個(gè)可調(diào)增益的放大器。,傳遞函數(shù),動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖為,比例控制的作用：,(1).

4、在系統(tǒng)中增大比例系數(shù)Kp可減少系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差以提高穩(wěn)態(tài)精度。,(2).增加Kp可降低系統(tǒng)的慣性，減小一階系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，改善系統(tǒng)的快速性。,(3).提高Kp往往會(huì)降低系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，甚至?xí)斐上到y(tǒng)的不穩(wěn)定。,19,2 比例微分(PD)控制,動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖為,具有比例微分控制規(guī)律的控制器稱為比例微分控制器。,傳遞函數(shù),PD控制器的作用： PD控制具有超前校正的作用，能給出控制系統(tǒng)提前開始制動(dòng)的信號(hào)，具有“預(yù)見”性，能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化速率(變化趨勢)，并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引進(jìn)一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，有助于增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)還可以提高系統(tǒng)的快速性。 其缺點(diǎn)是系統(tǒng)抗高頻干擾能力差。

5、,20,例,21,3.,例,22,4.,23,例,24,5.,25,2.6.3,串聯(lián)超前校正,一般而言，當(dāng)控制系統(tǒng)的開環(huán)增益增大到滿足其靜態(tài)性能所要求的數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)有可能不穩(wěn)定，或者即使能穩(wěn)定，其動(dòng)態(tài)性能一般也不會(huì)理想。在這種情況下，需在系統(tǒng)的前向通路中增加超前校正裝置，以實(shí)現(xiàn)在開環(huán)增益不變的前題下，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能亦能滿足設(shè)計(jì)的要求。超級(jí)校正網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與極點(diǎn)分布如下圖2.6.3.1。,圖2.6.3.1超前網(wǎng)絡(luò),26,27,28,假設(shè)該網(wǎng)絡(luò)信號(hào)源的阻抗很小，可以忽略不計(jì)，而輸出負(fù)載的阻抗為無窮大，則其傳遞函數(shù)為,圖2.6.3.2超前網(wǎng)絡(luò),時(shí)間常數(shù),分度系數(shù),(a),(b),29,時(shí)間常數(shù),分度系

6、數(shù),(6-1),注：采用無源超前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串聯(lián)校正時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的開環(huán)增益要下降a 倍,因此需要提高放大器增益加以補(bǔ)償,(6-2),圖2.6.3.3帶有附加放大器的無源超前校正網(wǎng)絡(luò),此時(shí)的傳遞函數(shù),30,超前網(wǎng)絡(luò)的零極點(diǎn)分布,故超前網(wǎng)絡(luò)的負(fù)實(shí)零點(diǎn)總是位于負(fù)實(shí)極點(diǎn)之右，兩者之間的距離由常數(shù)a 決定。,由于,可知改變a和T(即電路的參數(shù)R1、R2、C)的數(shù)值，超前網(wǎng)絡(luò)的零極點(diǎn)可在s平面的負(fù)實(shí)軸任意移動(dòng)。,圖2.6.3.4超前網(wǎng)絡(luò)的零點(diǎn)分布,31,(6-3),(6-4),(6-2),畫出對(duì)數(shù)頻率特性如圖2.6.3.5所示。,32,20dB/dec,圖2.6.3.6超前網(wǎng)絡(luò)的對(duì)數(shù)幅頻和相頻特性圖,顯然，超

7、前網(wǎng)絡(luò)的Bode圖在1/aT至1/T 之間的輸入信號(hào)有明顯的微分作用。,從相頻特性圖可以看出，輸出信號(hào)相角比輸入信號(hào)相角超前，故名超前網(wǎng)絡(luò)。,那么，最大相位超前角發(fā)生在什么頻率處？,33,(6-7),(6-5),(6-6),故在最大超前角頻率處,具有最大超前角,正好處于頻率,與,的幾何中心,的幾何中心為,即幾何中心為,(6-8),最大超前角頻率,求導(dǎo)并令其為零,34,(6-9),但a不能取得太大(為了保證較高的信噪比),a一般不超過20這種超前校正網(wǎng)絡(luò)的最大相位超前角一般不大于65o，如果需要大于65o的相位超前角，則要在兩個(gè)超前網(wǎng)絡(luò)相串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)，并在所串聯(lián)的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間加一隔離放大器，以消除它們之間的負(fù)載效應(yīng)。,（6-2),35,20dB/dec,2.6.3.7,36,串聯(lián)超前校正應(yīng)用,37,例1,38,39,40,41,42,43,44,45,46,根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差或靜態(tài)誤差系數(shù)的要求，確定開環(huán)增益K。 確定開環(huán)增益K后，畫出未校正系統(tǒng)的波特圖，,并計(jì)算未校正系統(tǒng)的相角裕度,由給定的相位裕量值 計(jì)算超前校正裝置提供的相位超前量,是用于補(bǔ)償因超前校正裝置的引入，使系統(tǒng)截止頻率增大而增加的相角滯后量。,用頻率法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)超前校正的一般步驟可歸納為：,47,由未校正系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特