在連續(xù)-時(shí)間控制系統(tǒng)中

1、數(shù)字PID簡(jiǎn)介 簡(jiǎn)介 在連續(xù)-時(shí)間控制系統(tǒng)中，pid控制器應(yīng)用得非常廣泛。其設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，長(zhǎng)期以來形成r典型的結(jié) 構(gòu)，參數(shù)整定方便，結(jié)構(gòu)更改靈活，能滿足-般的控制要求。 數(shù)字PID控制比連續(xù)PID控制更為優(yōu)越，因?yàn)橛?jì)算機(jī)程序的靈活性很容易克服連續(xù)PID控制中存 在的問題，經(jīng)修正而得到更完善的數(shù)字PID算法。 本章將詳細(xì)地討論數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)和調(diào)試問題。 學(xué)習(xí)重點(diǎn) 數(shù)字PID控制 數(shù)字PID控制器參數(shù)選擇 數(shù)字PID控制 PIO控制系統(tǒng) 連續(xù)時(shí)間PID控制系統(tǒng)如圖3-1所示。圖中，D (s)為控制器。在PID控制系統(tǒng)中，D (s)完成 PID控制規(guī)律,稱為PID控制器。PID控制器是種線性

2、控制器,用輸出量y(t)和給定Sr (t) 之間的誤差的時(shí)間函數(shù)。e(t)=r(t)-y(t) (3-1)的比例，積分，微分的線性組合，構(gòu)成控制量u (t)稱為比例(Proportional) 圖3-1連續(xù)-時(shí)間卩TD控制系統(tǒng) 積分(Integrating) 微分(Differentiation)控制，簡(jiǎn)稱PID控制。 1/5 控制器 實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)受控對(duì)象的特性和控制的性能耍求，靈潔地采用不同的控制組合，構(gòu)成 比例(P)控制器 u=Kpe (3-2) 比例十積分(PI)控制器 u(t) =Kpe(t)+e 何 d0 式中u 0控制量的基值，即k=O時(shí)的控制； u (k) 一一第k個(gè)采樣

3、時(shí)刻的控制：KP比例放大系數(shù)：KI積分放大系數(shù): KD微分放人系數(shù); 蔓=疋 TS采樣周期。 式(3-7)是數(shù)字PID算法的非遞推形式，稱全量算法。算法中，為了求和，必須將系統(tǒng)偏差的全 部過去值e (j) (j=L 2, 3,，k)都存儲(chǔ)起來。這種算法得出控制量的全量輸出u (k),是控 制量的絕對(duì)數(shù)值。在控制系統(tǒng)中，這種控制量確定了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，例如在閥門控制中，這種算 法的輸出對(duì)應(yīng)了閥門的位置(開度)o所以，將這種算法稱為“位置算法”。 増量StPID控制算法 當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對(duì)值，而是控制量的增量(例如去驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī))時(shí)，需耍用 PID的“增量算法” o 3/5 圖3-

4、2b)增fiRID控制算法的簡(jiǎn)化示愆圖 由位置算法求出 吩)=爲(wèi)咻)礙辦0)+華的一咻-1)+均 2/ M厶 再求出 班上一1)二稔2伉一1)十務(wù)列丿)十31)2)十班 “ g As 兩式相減，得出控制量的增量算法 =u(k) -u(k-I) 丁T 二/2(約一磯七一1)十&伉)十伉)一2沢上一1)十32) h 2s (3-8) 式(38)稱為增量式PID算法。 對(duì)增量式PID算法(3-8)歸并后，得 & (Q = 00(比)十 g涉 3 -1)十 泮(比 一2) (3-9) 其中 穌w計(jì)尋 5=十 2 字 才喙 (3-9)已看不出是PID的衣達(dá)式了，也看不出P、I、D作用的直接關(guān)系，只農(nóng)示了各次謀差量對(duì) 控制作用的影響。從式(3-9)看出，數(shù)字增量式PID算法，只要貯存最近的三個(gè)誤差采樣值e (k)、e (k-1)、e (k-2)就足夠了。 PID控制系統(tǒng) 單回路PID控制系統(tǒng) 這就是我們前而涉及的系統(tǒng)，系統(tǒng)中只有個(gè)PID控制器，如圖3-13所衣示。 串級(jí)控制 4/5 計(jì)算機(jī)串級(jí)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如下圖3J4所示。 13-14簾級(jí)控制系統(tǒng) （以同步采樣控制為例） 系統(tǒng)中有兩個(gè)PID控制器，其中個(gè)控制器的輸出，作為另個(gè)控制器的給定。圖中，控制器 PID2稱副控制器,內(nèi)環(huán)稱副回路：PID1稱主控制器,包SPID2的外環(huán)稱主回路。主控器