計(jì)算機(jī)控制技術(shù)-楊鵬-數(shù)字PID控制器-張萍精編版

1、 2常規(guī)儀表控制系統(tǒng)框圖常規(guī)儀表控制系統(tǒng)框圖 euqy 控控制制器器執(zhí)執(zhí)行行器器被被控控對(duì)對(duì)象象 測(cè)測(cè)量量變變送送器器 偏偏差差給給定定值值控控制制作作用用操操縱縱變變量量被被控控量量 測(cè)測(cè)量量值值 r+ _ z f 干干擾擾 uqy 控控制制器器執(zhí)執(zhí)行行器器被被控控對(duì)對(duì)象象 給給定定值值控控制制作作用用操操縱縱變變量量被被控控量量 圖圖1 1- -2 2 常常規(guī)規(guī)儀儀表表控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)原原理理框框圖圖 r ( (a a) ) 閉閉環(huán)環(huán)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng) ( (b b) ) 開(kāi)開(kāi)環(huán)環(huán)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng) 3 D(z) Ho(s) Gc(s) e*(t) u*(t) E(z) U(z) r (t)

2、+ _ R(z) G(z) c (t) C (z) 給定值給定值 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 輸出通道輸出通道 D/A 輸入通道輸入通道 A/D 廣義對(duì)象廣義對(duì)象 被控變量被控變量 y 輸入通道輸入通道 A/D 數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)利用經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)模擬調(diào)節(jié)器，用數(shù)字利用經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)模擬調(diào)節(jié)器，用數(shù)字 方法對(duì)方法對(duì)PID進(jìn)行模擬進(jìn)行模擬 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)把計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的連續(xù)部分?jǐn)?shù)字化，把整把計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的連續(xù)部分?jǐn)?shù)字化，把整 個(gè)系統(tǒng)看作離散系統(tǒng)，用離散化的方法設(shè)計(jì)控制器個(gè)系統(tǒng)看作離散系統(tǒng)，用離散化的方法設(shè)計(jì)控制器 4 表表 41 控制系統(tǒng)的研究方

3、法控制系統(tǒng)的研究方法 分分 類類 方方 法法 系系 數(shù)數(shù) 輸入量與輸出量之關(guān)系輸入量與輸出量之關(guān)系 數(shù)數(shù) 學(xué)學(xué) 工工 具具 使使 用用 函函 數(shù)數(shù) 現(xiàn)現(xiàn) 代代 控控 制制 理理 論論 連連 續(xù)續(xù) 系系 統(tǒng)統(tǒng) 離離 散散 系系 統(tǒng)統(tǒng) 微微 分分 方方 程程 拉拉 氏氏 變變 換換 傳傳 遞遞 函函 數(shù)數(shù) 狀狀 態(tài)態(tài) 方方 程程 差差 分分 方方 程程 Z 變變 換換 脈沖傳遞函數(shù)脈沖傳遞函數(shù) 離散時(shí)間狀態(tài)方程離散時(shí)間狀態(tài)方程 5 6 4.1PID調(diào)節(jié)的作用調(diào)節(jié)的作用 Sec 4.1 The Function of PID Regulation 4.1.1 為什么要用數(shù)字為什么要用數(shù)字PID調(diào)節(jié)器

4、調(diào)節(jié)器 1. 技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)靈活：常規(guī)的技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)靈活：常規(guī)的PID、各種、各種PID的變種。的變種。 2. 人們熟悉：實(shí)踐中積累了的經(jīng)驗(yàn)豐富。人們熟悉：實(shí)踐中積累了的經(jīng)驗(yàn)豐富。 3. 不需要求出數(shù)字模型不需要求出數(shù)字模型 4. 控制效果好控制效果好 7 4.1.2 PID調(diào)節(jié)的作用調(diào)節(jié)的作用 一、比例調(diào)節(jié)器（一、比例調(diào)節(jié)器（P） )(teKu P 圖4-1 階躍響應(yīng)特性曲線 e(t) t y t kPe(t) 0 0 只要偏差只要偏差e(t)一出現(xiàn)，就能及時(shí)的產(chǎn)一出現(xiàn)，就能及時(shí)的產(chǎn) 生與之成比例的調(diào)節(jié)作用，具有生與之成比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及調(diào)節(jié)及 時(shí)，改善動(dòng)態(tài)特性時(shí)，改善動(dòng)態(tài)特性的特

5、點(diǎn)，它是一種最基的特點(diǎn)，它是一種最基 本的調(diào)節(jié)規(guī)律本的調(diào)節(jié)規(guī)律 。 對(duì)于大多數(shù)慣性環(huán)節(jié)，對(duì)于大多數(shù)慣性環(huán)節(jié)，KP太大時(shí)會(huì)太大時(shí)會(huì) 引起自激震蕩。引起自激震蕩。 主要主要缺點(diǎn)缺點(diǎn)是存在靜差。對(duì)于擾動(dòng)較是存在靜差。對(duì)于擾動(dòng)較 大、慣性也較大的系統(tǒng)，若采用單純的比大、慣性也較大的系統(tǒng)，若采用單純的比 例調(diào)節(jié)器，就難于兼顧動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性例調(diào)節(jié)器，就難于兼顧動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性 。 8 主要缺點(diǎn)是主要缺點(diǎn)是存在靜差。存在靜差。對(duì)于擾動(dòng)較大、慣性也較大的系統(tǒng)，若采用單對(duì)于擾動(dòng)較大、慣性也較大的系統(tǒng)，若采用單 純的比例調(diào)節(jié)器，就難于兼顧動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性純的比例調(diào)節(jié)器，就難于兼顧動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性 。 9 對(duì)于大多數(shù)慣性

6、環(huán)節(jié)，對(duì)于大多數(shù)慣性環(huán)節(jié)，Kp太大太大 時(shí)會(huì)引起自激震蕩。時(shí)會(huì)引起自激震蕩。 10 二、比例積分調(diào)節(jié)器（二、比例積分調(diào)節(jié)器（PI） dtte T u I )( 1 圖 4-3 積分作用響應(yīng)曲線 e(t) t y t 0 0 所謂所謂積分作用積分作用，是指調(diào)節(jié)器的輸出，是指調(diào)節(jié)器的輸出 與輸入偏差的積分成比例的作用。與輸入偏差的積分成比例的作用。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：消除靜差。只要有偏差存：消除靜差。只要有偏差存 在，輸出就會(huì)隨時(shí)間不斷增長(zhǎng)，直到偏差在，輸出就會(huì)隨時(shí)間不斷增長(zhǎng)，直到偏差 消除，調(diào)節(jié)器的輸出才不會(huì)變化。消除，調(diào)節(jié)器的輸出才不會(huì)變化。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：作用動(dòng)作緩慢，且在偏差剛一作用動(dòng)作緩慢，且在偏

7、差剛一 出現(xiàn)時(shí)，調(diào)節(jié)器作用很弱，不能及時(shí)克服出現(xiàn)時(shí)，調(diào)節(jié)器作用很弱，不能及時(shí)克服 擾動(dòng)的影響，致使被調(diào)參數(shù)的動(dòng)態(tài)偏差增擾動(dòng)的影響，致使被調(diào)參數(shù)的動(dòng)態(tài)偏差增 大，調(diào)節(jié)過(guò)程增長(zhǎng)，因此很少單獨(dú)使用。大，調(diào)節(jié)過(guò)程增長(zhǎng)，因此很少單獨(dú)使用。 11 12 如果把比例和積分兩種作用合起來(lái)，就構(gòu)成如果把比例和積分兩種作用合起來(lái)，就構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器：調(diào)節(jié)器： )( 1 )( dtte T teKu I P 圖4-4 PI調(diào)節(jié)器的輸出特性曲線 e(t) t y t 0 0 e(t) 給定值 y1=kPe(t) y2 kIkPe(t) 既克服了單純比例調(diào)節(jié)既克服了單純比例調(diào)節(jié) 器有靜差存在的缺點(diǎn)，又避器有靜差存在的缺點(diǎn)

8、，又避 免了積分調(diào)節(jié)器響應(yīng)慢的缺免了積分調(diào)節(jié)器響應(yīng)慢的缺 點(diǎn)，即靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性均得點(diǎn)，即靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性均得 到了改善，所以應(yīng)用比較廣到了改善，所以應(yīng)用比較廣 泛。泛。 13 14 三、比例微分調(diào)節(jié)器（三、比例微分調(diào)節(jié)器（PD） td ted Tu D )( 圖 4-5 微分作用響應(yīng)特性曲線 e(t) t y t 0 0 t0 t0 微分作用微分作用，在偏差剛剛出現(xiàn)偏差值尚不，在偏差剛剛出現(xiàn)偏差值尚不 大時(shí)，根據(jù)偏差變化的趨勢(shì)，提前給出較大大時(shí)，根據(jù)偏差變化的趨勢(shì)，提前給出較大 的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快消除。由于調(diào)節(jié)及的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快消除。由于調(diào)節(jié)及 時(shí)，可以大大減小系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差及調(diào)節(jié)時(shí)時(shí)

9、，可以大大減小系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差及調(diào)節(jié)時(shí) 間，使過(guò)程的動(dòng)態(tài)品質(zhì)得到改善。間，使過(guò)程的動(dòng)態(tài)品質(zhì)得到改善。 特點(diǎn)特點(diǎn)：輸出只能反應(yīng)偏差輸入變化的速：輸出只能反應(yīng)偏差輸入變化的速 度，而對(duì)于一個(gè)固定不變的偏差則不會(huì)有微度，而對(duì)于一個(gè)固定不變的偏差則不會(huì)有微 分作用輸出。因此，微分作用不能消除靜分作用輸出。因此，微分作用不能消除靜 差，而只能在偏差剛剛出現(xiàn)的時(shí)刻產(chǎn)生一個(gè)差，而只能在偏差剛剛出現(xiàn)的時(shí)刻產(chǎn)生一個(gè) 很大的調(diào)節(jié)作用。很大的調(diào)節(jié)作用。 15 PD調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 )( )( 1 )( 1 dt tde Tdtte T teKu Dp PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 圖 4-6 PD 調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線 e(t)

10、t y t 0 0 t0 t0 kie(t) 圖 4-7 PID 調(diào)節(jié)器階躍響應(yīng)特性曲線 e(t) t y t 0 0 KPe(t) kPkIe(t) kPkIe(t) 說(shuō)明：并非所有工業(yè)控制系統(tǒng)都需要使用說(shuō)明：并非所有工業(yè)控制系統(tǒng)都需要使用PID調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器， PI、PD調(diào)節(jié)器也常常被人們所采用，因?yàn)樗鼈儽容^簡(jiǎn)單。究調(diào)節(jié)器也常常被人們所采用，因?yàn)樗鼈儽容^簡(jiǎn)單。究 竟使用哪種調(diào)節(jié)器，應(yīng)根據(jù)具體情況和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行選定。竟使用哪種調(diào)節(jié)器，應(yīng)根據(jù)具體情況和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行選定。 16 17 4.2 PID算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn) )( )( 1 )()( 1 dt tde Tdtte T teKt

11、u Dp 將其離散化將其離散化,用數(shù)字形式的差分方程來(lái)代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程用數(shù)字形式的差分方程來(lái)代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程 n j n n j jeTtjedtte 0 0 0 )()()( T nene t nene dt ted) 1()() 1()()( 4.2.1 PID算法的數(shù)字化算法的數(shù)字化 1 、差分離散化、差分離散化 18 )1()()()()( 0 nene T T je T T neKnU D n j I P 由于式（由于式（4-9）的輸出值與閥門(mén)開(kāi)度的位置一一對(duì)應(yīng)，因此通常）的輸出值與閥門(mén)開(kāi)度的位置一一對(duì)應(yīng)，因此通常 把式（把式（4-9）稱為）稱為PID的位置控制算式。的位

12、置控制算式。 方便起見(jiàn)，可寫(xiě)作方便起見(jiàn)，可寫(xiě)作: 圖 4-8 DDC 控制原理圖 U(n)=式(4-11) 對(duì)象 Wd x(t) e(t) c(t) 計(jì)算機(jī) U(n) (a) 位置式控制 + )2() 1(2)()() 1()() 1()(nenene T T ne T T neneKnUnU D I p 2 、位置控制算式、位置控制算式 19 3、增量控制、增量控制 算式算式 )2() 1(2)()()1()( ) 1()()( neneneKneKneneK nUnUnU DIp 在很多控制系統(tǒng)中，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)是采用步進(jìn)電機(jī)或多圈電位器進(jìn)在很多控制系統(tǒng)中，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)是采用步進(jìn)電機(jī)或多圈電

13、位器進(jìn) 行控制的，所以此時(shí)只要給一個(gè)增量信號(hào)行控制的，所以此時(shí)只要給一個(gè)增量信號(hào)U(n)即可，即在第（即可，即在第（n-1）次的）次的 基礎(chǔ)上增加（或減少）的量，所以叫做基礎(chǔ)上增加（或減少）的量，所以叫做PID的增量控制式。的增量控制式。 圖4-8 DDC 控制原理圖 U(n)=式(4-12) 對(duì)象 步進(jìn)電機(jī) x(t) e(t) c(t) 計(jì)算機(jī) U(n) (b) 增量式控制 + 對(duì)象 Wd )()1()(kUkUkU 20 4、增量型與位置型控制算式的比較、增量型與位置型控制算式的比較 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 位置控制算式：全量輸出，每次輸出均與原來(lái)位置量有關(guān)，需要對(duì)位置控制算式：全量輸出，每次輸出均

14、與原來(lái)位置量有關(guān)，需要對(duì)e(j)進(jìn)行進(jìn)行 累加，而且計(jì)算機(jī)的任何故障都會(huì)引起累加，而且計(jì)算機(jī)的任何故障都會(huì)引起U(n)大幅度變化，對(duì)生產(chǎn)不利。大幅度變化，對(duì)生產(chǎn)不利。 增量控制誤動(dòng)作時(shí)影響小，必要時(shí)可用邏輯判斷的方法去掉；手動(dòng)增量控制誤動(dòng)作時(shí)影響小，必要時(shí)可用邏輯判斷的方法去掉；手動(dòng)/自動(dòng)切自動(dòng)切 換時(shí)沖擊比較小；不產(chǎn)生積分失控，所以容易獲得較好的調(diào)節(jié)效果。因此，換時(shí)沖擊比較小；不產(chǎn)生積分失控，所以容易獲得較好的調(diào)節(jié)效果。因此， 增量控制得到了廣泛的應(yīng)用。增量控制得到了廣泛的應(yīng)用。 不足之處：不足之處： 積分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)誤差；積分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)誤差； 溢出的影響大。溢出的影響大。 一

15、般認(rèn)為，在以可控硅作為執(zhí)行器或?qū)刂凭纫蟾叩南到y(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)采一般認(rèn)為，在以可控硅作為執(zhí)行器或?qū)刂凭纫蟾叩南到y(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)采 用位置型算法，而在以步進(jìn)電機(jī)或電動(dòng)閥門(mén)作執(zhí)行器的系統(tǒng)中，則應(yīng)用增量用位置型算法，而在以步進(jìn)電機(jī)或電動(dòng)閥門(mén)作執(zhí)行器的系統(tǒng)中，則應(yīng)用增量 式算法。式算法。 21 4.2.2 PID算法程序設(shè)計(jì)算法程序設(shè)計(jì) 一、位置型一、位置型PID算法的程序設(shè)計(jì)算法的程序設(shè)計(jì) 根據(jù)式（根據(jù)式（4-14）編寫(xiě)的位置型）編寫(xiě)的位置型PID程序程序 ) 1()() j ()()( 0 kEkEKEKkEKkU D k j IP T T KK D pD積分系數(shù)積分系數(shù) 微分系數(shù)微分系數(shù) )()(

16、)()(kUkUkUkU DIP I pI T T KK 22 1）將小數(shù)或混合小數(shù)化為整數(shù)）將小數(shù)或混合小數(shù)化為整數(shù) 由于用匯編語(yǔ)言進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算非常麻煩，運(yùn)算前通過(guò)由于用匯編語(yǔ)言進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算非常麻煩，運(yùn)算前通過(guò)乘以乘以2N2N將將 其化為整數(shù)，然后其化為整數(shù)，然后把運(yùn)算結(jié)果再乘以把運(yùn)算結(jié)果再乘以2-N2-N，即可恢復(fù)到原來(lái)的數(shù)，即可恢復(fù)到原來(lái)的數(shù) 值。在微型機(jī)中，乘以值。在微型機(jī)中，乘以2N2N或或2-N2-N都是很容易實(shí)現(xiàn)的，只要將數(shù)左都是很容易實(shí)現(xiàn)的，只要將數(shù)左 移或右移移或右移N N次就可以了。例如，設(shè)次就可以了。例如，設(shè)KP=3.5KP=3.5，將其擴(kuò)大，將其擴(kuò)大256256取整數(shù)取

17、整數(shù) 則則KP=896=380HKP=896=380H，編程時(shí)可將其定義為符號(hào)變量，即，編程時(shí)可將其定義為符號(hào)變量，即 KP EQUKP EQU 380H380H。為計(jì)算簡(jiǎn)便，。為計(jì)算簡(jiǎn)便，KPKP，KIKI，KDKD可采用同一比例因子折算可采用同一比例因子折算 23 2 2）采用）采用1616位有符號(hào)指令運(yùn)算位有符號(hào)指令運(yùn)算 負(fù)數(shù)以補(bǔ)碼形式存放，如負(fù)數(shù)以補(bǔ)碼形式存放，如KP=-3.5KP=-3.5，將其擴(kuò)大，將其擴(kuò)大256256取整數(shù)，則取整數(shù)，則 KP=-896=FC80HKP=-896=FC80H，定義為符號(hào)變量為，定義為符號(hào)變量為 KP EQU 0FC80H KP EQU 0FC80H

18、 或或 KPEQU -896KPEQU -896即可。此外乘法運(yùn)算結(jié)果為即可。此外乘法運(yùn)算結(jié)果為3232位，位，在計(jì)算在計(jì)算U U（k k）時(shí)）時(shí) ，采用，采用3232位加法，位加法，這樣可以提高計(jì)算精度，只要這樣可以提高計(jì)算精度，只要U U（k k）輸出時(shí)）輸出時(shí) ，取，取高三個(gè)字節(jié)高三個(gè)字節(jié)就可以了。對(duì)于就可以了。對(duì)于8 8位、位、1010位、位、1212位甚至位甚至1616位位A/DA/D 轉(zhuǎn)換器，定義轉(zhuǎn)換器，定義A/DA/D采樣值單元為采樣值單元為1616位，不會(huì)造成計(jì)算溢出。位，不會(huì)造成計(jì)算溢出。 24 根據(jù)式（根據(jù)式（4-14）編寫(xiě)的位置型）編寫(xiě)的位置型PID程序如下：程序如下：

19、DATA SEGMENT UR EQU0050H；設(shè)定值；設(shè)定值=80 KP EQU 0380H；KP=3.5 KI EQU 0040H；KI=0.25 KD EQU 0000H；KD=0 SAMP DW? ；定義；定義A/D采樣值采樣值 E0 DW 0；定義；定義E（K） E1 DW 0；定義；定義E（K-1） UPK DW 2 DUP(0)；定義；定義UP（K） UIK1 DW 2 DUP(0)；定義；定義UI（K-1） UK DW 2 DUP(0)；定義；定義U（K） DATA ENDS 25 CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA START PROC

20、MOV AX,DATA MOV DS,AX PID：MOV AX,UR；取設(shè)定值；取設(shè)定值 MOV BX,SAMP；取采樣值；取采樣值 SUB AX,BX；計(jì)算；計(jì)算E（K） MOV E0,AX MOV BX,KP；計(jì)算；計(jì)算UP（K）=KP*E（K） IMUL BX MOV UPK,AX；存；存UP（K） MOV DS:UPK+2,DX MOV AX,E0；計(jì)算；計(jì)算KI*E（K） MOV BX,KI IMUL BX ADD UIK1,AX；計(jì)算；計(jì)算UI(K)= UI(K-1)+ KI*E(K) ADC DS:UIK1+2,DX 26 MOV AX,E0；計(jì)算；計(jì)算UD（K）=KD（E（K

21、）- E（K-1） MOV BX,E1 SUB AX,BX MOV BX,KD IMUL BX ADD AX,UIK1；計(jì)算；計(jì)算UD（K）+ UI（K） ADC DX,DS:UIK1+2 ADD AX,UPK；計(jì)算；計(jì)算UD（K）+ UI（K）+ UP（K） ADC DX,DS:UPK+2 MOV UK,AX；存；存U（K） MOV DS:UK+2,DX MOV AX,E0；E（K-1）=E（K） MOV E1,AX RET CODEENDS END START 27 MUL r8/m8MUL r8/m8 ；無(wú)符號(hào)字節(jié)乘法；無(wú)符號(hào)字節(jié)乘法 ；AXALAXALr8/m8r8/m8 MUL r1

22、6/m16MUL r16/m16 ；無(wú)符號(hào)字乘法；無(wú)符號(hào)字乘法 ；DXDX：AXAXAXAXr16/m16r16/m16 IMUL r8/m8IMUL r8/m8 ；有符號(hào)字節(jié)乘法；有符號(hào)字節(jié)乘法 ；AXALAXALr8/m8r8/m8 IMUL r16/m16IMUL r16/m16 ；有符號(hào)字乘法；有符號(hào)字乘法 ；DXDX：AXAXAXAXr16/m16r16/m16 28 乘法指令的功能乘法指令的功能 v乘法指令乘法指令分無(wú)符號(hào)和有符號(hào)乘法指令分無(wú)符號(hào)和有符號(hào)乘法指令 v乘法指令的源操作數(shù)顯式給出，乘法指令的源操作數(shù)顯式給出，隱含使用另一個(gè)操隱含使用另一個(gè)操 作數(shù)作數(shù)AX和和DX 字節(jié)量

23、相乘：字節(jié)量相乘：AL與與r8/m8相乘，得到相乘，得到16位的結(jié)果，存入位的結(jié)果，存入 AX 字量相乘：字量相乘：AX與與r16/m16相乘，得到相乘，得到32位的結(jié)果，位的結(jié)果，其高其高 字存入字存入DX，低字存入，低字存入AX v乘法指令利用乘法指令利用OF和和CF判斷乘積的高一半是否具有判斷乘積的高一半是否具有 有效數(shù)值有效數(shù)值 29 乘法指令對(duì)標(biāo)志的影響乘法指令對(duì)標(biāo)志的影響 v乘法指令如下影響乘法指令如下影響OF和和CF標(biāo)志：標(biāo)志： MUL指令指令若乘積的高一半（若乘積的高一半（AH或或DX）為）為0，則，則 OF=CF=0；否則；否則OF=CF=1 IMUL指令指令若乘積的高一半是

24、低一半的符號(hào)擴(kuò)展，則若乘積的高一半是低一半的符號(hào)擴(kuò)展，則 OF=CF=0；否則均為；否則均為1 v乘法指令對(duì)其他狀態(tài)標(biāo)志乘法指令對(duì)其他狀態(tài)標(biāo)志沒(méi)有定義沒(méi)有定義 對(duì)標(biāo)志沒(méi)有定義：指令執(zhí)行后這些標(biāo)志是任對(duì)標(biāo)志沒(méi)有定義：指令執(zhí)行后這些標(biāo)志是任 意的、不可預(yù)測(cè)（就是誰(shuí)也不知道是意的、不可預(yù)測(cè)（就是誰(shuí)也不知道是0還是還是1） 對(duì)標(biāo)志沒(méi)有影響：指令執(zhí)行不改變標(biāo)志狀態(tài)對(duì)標(biāo)志沒(méi)有影響：指令執(zhí)行不改變標(biāo)志狀態(tài) 30 mov al,0b4hmov al,0b4h；al=b4h=180al=b4h=180 mov bl,11hmov bl,11h；bl=11h=17bl=11h=17 mul blmul bl；ax

25、=Obf4h=3060ax=Obf4h=3060 ；OF=CF=1OF=CF=1，AXAX高高8 8位不為位不為0 0 mov al,0b4hmov al,0b4h；al=b4h=al=b4h=7676 mov bl,11hmov bl,11h；bl=11h=17bl=11h=17 imul blimul bl；ax=faf4h=ax=faf4h=12921292 ；OF=CF=1OF=CF=1，AXAX高高8 8位含有效數(shù)字位含有效數(shù)字 31 DIV r8/m8DIV r8/m8；無(wú)符號(hào)字節(jié)除法：；無(wú)符號(hào)字節(jié)除法： ALAXALAXr8/m8r8/m8的商，的商，AhAXAhAXr8/m8r

26、8/m8的余數(shù)的余數(shù) DIV r16/m16DIV r16/m16；無(wú)符號(hào)字除法：；無(wú)符號(hào)字除法： ；AXDXAXDX：AXAXr16/m16r16/m16的商，的商，DXDXDXDX：AXAXr16/m16r16/m16的余數(shù)的余數(shù) IDIV r8/m8IDIV r8/m8；有符號(hào)字節(jié)除法：；有符號(hào)字節(jié)除法： ALAXALAXr8/m8r8/m8的商，的商，AhAXAhAXr8/m8r8/m8的余數(shù)的余數(shù) IDIV r16/m16IDIV r16/m16；有符號(hào)字除法：；有符號(hào)字除法： ；AXDXAXDX：AXAXr16/m16r16/m16的商，的商，DXDXDXDX：AXAXr16/m1

27、6r16/m16的余數(shù)的余數(shù) 32 除法指令的功能除法指令的功能 v除法指令分無(wú)符號(hào)和有符號(hào)除法指令除法指令分無(wú)符號(hào)和有符號(hào)除法指令 v除法指令的除數(shù)顯式給出，隱含使用另一個(gè)操作數(shù)除法指令的除數(shù)顯式給出，隱含使用另一個(gè)操作數(shù) AX和和DX作為被除數(shù)作為被除數(shù) 字節(jié)量除法：字節(jié)量除法：AX除以除以r8/m8，8位商存入位商存入AL，8位余數(shù)存位余數(shù)存 入入AH 字量除法：字量除法：DX.AX除以除以r16/m16，16位商存入位商存入AX，16位位 余數(shù)存入余數(shù)存入DX v除法指令對(duì)標(biāo)志沒(méi)有定義除法指令對(duì)標(biāo)志沒(méi)有定義 v除法指令會(huì)產(chǎn)生結(jié)果溢出除法指令會(huì)產(chǎn)生結(jié)果溢出 33 除法錯(cuò)中斷除法錯(cuò)中斷 v

28、當(dāng)被除數(shù)遠(yuǎn)大于除數(shù)時(shí)，所得的商就有可能超出當(dāng)被除數(shù)遠(yuǎn)大于除數(shù)時(shí)，所得的商就有可能超出 它所能表達(dá)的范圍。如果存放商的寄存器它所能表達(dá)的范圍。如果存放商的寄存器AL/AX 不能表達(dá)，便產(chǎn)生溢出，不能表達(dá)，便產(chǎn)生溢出，8086CPU中就產(chǎn)生編號(hào)中就產(chǎn)生編號(hào) 為為0的內(nèi)部中斷的內(nèi)部中斷除法錯(cuò)中斷除法錯(cuò)中斷 對(duì)對(duì)DIV指令，除數(shù)為指令，除數(shù)為0，或者在字節(jié)除時(shí)商超過(guò)，或者在字節(jié)除時(shí)商超過(guò)8位，或位，或 者在字除時(shí)商超過(guò)者在字除時(shí)商超過(guò)16位，則發(fā)生除法溢出位，則發(fā)生除法溢出 對(duì)對(duì)IDIV指令，除數(shù)為指令，除數(shù)為0，或者在字節(jié)除時(shí)商不在，或者在字節(jié)除時(shí)商不在-128 127范圍內(nèi)，或者在字除時(shí)商不在范圍

29、內(nèi)，或者在字除時(shí)商不在-3276832767范圍范圍 內(nèi)，則發(fā)生除法溢出內(nèi)，則發(fā)生除法溢出 34 mov ax,0400hmov ax,0400h；ax=400h=1024ax=400h=1024 mov bl,0b4hmov bl,0b4h；bl=b4h=180bl=b4h=180 div bldiv bl；商；商alal05h05h5 5 ；余數(shù)；余數(shù)ahah7ch7ch124124 mov ax,0400hmov ax,0400h；ax=400h=1024ax=400h=1024 mov bl,0b4hmov bl,0b4h；bl=b4h=bl=b4h=7676 idiv blidiv

30、bl；商；商alalf3hf3h1313 ；余數(shù)；余數(shù)ahah24h24h3636 35 4.3 PID數(shù)字控制器算法的改進(jìn)數(shù)字控制器算法的改進(jìn) The Improvement of PID Digital Controller 原因之一：原因之一：PID算法本身的不足算法本身的不足 原因之二：數(shù)字原因之二：數(shù)字PID算法相對(duì)與模擬算法相對(duì)與模擬PID控制器的不足控制器的不足 1、模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行的控制是連續(xù)的，控制作用每時(shí)每刻都在進(jìn)行；、模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行的控制是連續(xù)的，控制作用每時(shí)每刻都在進(jìn)行； 而數(shù)字控制器在保持器作用下，控制量在一個(gè)采樣周期內(nèi)是不變化的。而數(shù)字控制器在保持器作用下，控制量在一

31、個(gè)采樣周期內(nèi)是不變化的。 2、由于計(jì)算機(jī)的數(shù)值運(yùn)算和輸入、由于計(jì)算機(jī)的數(shù)值運(yùn)算和輸入/輸出需要一定的時(shí)間，控制作用在輸出需要一定的時(shí)間，控制作用在 時(shí)間上有延滯。時(shí)間上有延滯。 3、計(jì)算機(jī)的運(yùn)算字長(zhǎng)有限和、計(jì)算機(jī)的運(yùn)算字長(zhǎng)有限和A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率及精度而使控轉(zhuǎn)換器的分辨率及精度而使控 制有誤差。制有誤差。 36 4.3.1 積分飽和及其防止方法積分飽和及其防止方法 一、積分飽和的原因及影響一、積分飽和的原因及影響 現(xiàn)象一現(xiàn)象一：控制系統(tǒng)在剛啟動(dòng)或突然改變給定值時(shí)，反饋系統(tǒng)出現(xiàn)的較：控制系統(tǒng)在剛啟動(dòng)或突然改變給定值時(shí)，反饋系統(tǒng)出現(xiàn)的較 大偏差不可能在短時(shí)間內(nèi)消除，經(jīng)過(guò)積分項(xiàng)的累加后，可

32、能使控制量大偏差不可能在短時(shí)間內(nèi)消除，經(jīng)過(guò)積分項(xiàng)的累加后，可能使控制量u(k)很很 大，甚至超過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由機(jī)械或物理性能所決定的極限。大，甚至超過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由機(jī)械或物理性能所決定的極限。 現(xiàn)象二現(xiàn)象二：而在輸出達(dá)到設(shè)定值后，雖然：而在輸出達(dá)到設(shè)定值后，雖然e小于等于小于等于0，但由于積分項(xiàng)的，但由于積分項(xiàng)的 積累太大，使控制量積累太大，使控制量u仍保持較大的數(shù)值，從而使仍保持較大的數(shù)值，從而使y將大大超過(guò)設(shè)定值。只將大大超過(guò)設(shè)定值。只 有有e變負(fù)，并且持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間后，才能抵消以前累積的正的積分值，退出飽變負(fù)，并且持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間后，才能抵消以前累積的正的積分值，退出飽 和區(qū)，回到正常的控制狀態(tài)。和區(qū)

33、，回到正常的控制狀態(tài)。 總結(jié)：由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的限制和積分項(xiàng)的存在，引起了總結(jié)：由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的限制和積分項(xiàng)的存在，引起了PID運(yùn)算的飽運(yùn)算的飽 和，這種飽和稱為和，這種飽和稱為積分飽和積分飽和。 影響：積分飽和增加了超調(diào)量和系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間。影響：積分飽和增加了超調(diào)量和系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間。 37 二、積分飽和的抑制二、積分飽和的抑制 1. 積分分離法積分分離法 e 使用使用PD數(shù)字控制器數(shù)字控制器,取消積分作用，克服積分飽和取消積分作用，克服積分飽和 e umax? 結(jié)束 Y N 計(jì)算偏差 ek uk-1umin ek0 Y N 把比例、積分、微分 項(xiàng)相加得出控制量uk 開(kāi)始 N Y 39 4.3.2

34、數(shù)字?jǐn)?shù)字PID控制微分作用的改進(jìn)控制微分作用的改進(jìn) 一、數(shù)字一、數(shù)字PID控制微分作用的缺點(diǎn)控制微分作用的缺點(diǎn) 問(wèn)題之一：對(duì)于單位階躍輸入，標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題之一：對(duì)于單位階躍輸入，標(biāo)準(zhǔn)PID數(shù)字控制器的微分作用僅數(shù)字控制器的微分作用僅 在第一個(gè)采樣周期存在，以后就無(wú)作用。在第一個(gè)采樣周期存在，以后就無(wú)作用。 問(wèn)題之二：偏差問(wèn)題之二：偏差e(k) 突然變大時(shí)，控制器的輸出在偏差產(chǎn)生的那一突然變大時(shí)，控制器的輸出在偏差產(chǎn)生的那一 個(gè)采樣周期內(nèi)，微分輸出的數(shù)值很大，可能使執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生飽和。個(gè)采樣周期內(nèi)，微分輸出的數(shù)值很大，可能使執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生飽和。 問(wèn)題之三：由于標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題之三：由于標(biāo)準(zhǔn)PID算式的微分作用的特

35、點(diǎn)，使得它對(duì)階躍輸算式的微分作用的特點(diǎn)，使得它對(duì)階躍輸 入特別敏感。因而在系統(tǒng)受到干擾時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)可能發(fā)生突發(fā)性誤差，入特別敏感。因而在系統(tǒng)受到干擾時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)可能發(fā)生突發(fā)性誤差， 會(huì)使系統(tǒng)輸出產(chǎn)生大的變化。會(huì)使系統(tǒng)輸出產(chǎn)生大的變化。 40 二、微分先行二、微分先行PID控制控制 在標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)PID數(shù)字控制器算式中，加入一個(gè)慣性環(huán)節(jié)可構(gòu)成微分先行數(shù)字控制器算式中，加入一個(gè)慣性環(huán)節(jié)可構(gòu)成微分先行 PID數(shù)字控制器。不僅以平滑微分產(chǎn)生的瞬時(shí)脈動(dòng)，減小干擾的影響，而數(shù)字控制器。不僅以平滑微分產(chǎn)生的瞬時(shí)脈動(dòng)，減小干擾的影響，而 且能加強(qiáng)微分對(duì)全控制過(guò)程的影響。且能加強(qiáng)微分對(duì)全控制過(guò)程的影響。 圖4-1

36、3 微分先行控制器 T2s+1 aT2s+1 K1 sT K 1 1 M(s) 比例 E(s) V(s) 積分 U(s) + + ) 2() 1()() 2() 1()( 43210kekekekukuku 41 三、不完全微分三、不完全微分PID控制控制 在標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)PID算法的微分環(huán)節(jié)上直接加上一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，也算法的微分環(huán)節(jié)上直接加上一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，也 可克服完全微分的缺點(diǎn)，構(gòu)成不完全微分可克服完全微分的缺點(diǎn)，構(gòu)成不完全微分PID控制器?？刂破?。 /1 1 1 )( dd d i p KsT sT ST KsG 在微分環(huán)節(jié)上加了慣性環(huán)節(jié)，故有時(shí)稱為近似微分在微分環(huán)節(jié)上加了慣性環(huán)節(jié)，故

37、有時(shí)稱為近似微分PID算式。算式。 僅改變了標(biāo)準(zhǔn)僅改變了標(biāo)準(zhǔn)PID控制器的微分部分，使得在偏差發(fā)生突變時(shí)，微控制器的微分部分，使得在偏差發(fā)生突變時(shí)，微 分作用可比較平緩。分作用可比較平緩。 42 4.3.3 其他其他PID控制方法控制方法 一、帶死區(qū)的一、帶死區(qū)的PID控制控制 在控制精度要求不高，控制過(guò)程要求盡量平穩(wěn)的場(chǎng)合，例如化工廠在控制精度要求不高，控制過(guò)程要求盡量平穩(wěn)的場(chǎng)合，例如化工廠 中間容量的液面控制，為了避免控制動(dòng)作過(guò)于頻繁，消除由此引起的振中間容量的液面控制，為了避免控制動(dòng)作過(guò)于頻繁，消除由此引起的振 蕩，可以人為設(shè)置一個(gè)不靈敏區(qū)蕩，可以人為設(shè)置一個(gè)不靈敏區(qū)B，即采用帶死區(qū)的，

38、即采用帶死區(qū)的PID控制。控制。 e B 時(shí)時(shí) 采用采用PID算法決定控制量的輸出算法決定控制量的輸出 e B 時(shí)時(shí) 設(shè)置一個(gè)固定的控制量（可以為設(shè)置一個(gè)固定的控制量（可以為0） 43 二、砰砰二、砰砰PID復(fù)合控制復(fù)合控制 1、砰砰（、砰砰（Bang-Bang）控制）控制 其輸出只有開(kāi)和關(guān)兩種狀態(tài)。其輸出只有開(kāi)和關(guān)兩種狀態(tài)。 輸出低于設(shè)定值時(shí)，控制為開(kāi)狀態(tài)。輸出低于設(shè)定值時(shí)，控制為開(kāi)狀態(tài)。 輸出達(dá)到或?qū)⑦_(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉控制輸出輸出達(dá)到或?qū)⑦_(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉控制輸出。 e Q 時(shí)時(shí) 采用砰砰控制采用砰砰控制,加快響應(yīng)速度加快響應(yīng)速度. 2、砰砰、砰砰PID復(fù)合控制復(fù)合控制 44 4.4 PI

39、D參數(shù)的整定參數(shù)的整定 采樣周期采樣周期T 比例系數(shù)比例系數(shù)KP 積分時(shí)間積分時(shí)間TI 微分時(shí)間微分時(shí)間TD 45 4.4.1 采樣周期采樣周期T的確定的確定 一、香農(nóng)（一、香農(nóng)（shannon）采樣定理）采樣定理 二、影響采樣周期二、影響采樣周期T的主要因素的主要因素 1、加到被控對(duì)象的、加到被控對(duì)象的擾動(dòng)頻率擾動(dòng)頻率：擾動(dòng)頻率越高，則采樣頻率也越高，采：擾動(dòng)頻率越高，則采樣頻率也越高，采 樣周期越短。樣周期越短。 2、對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性：采樣周期、對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性：采樣周期T與對(duì)象與對(duì)象純滯后時(shí)間純滯后時(shí)間基本相等或選為基本相等或選為 整數(shù)倍。整數(shù)倍。 3、數(shù)字控制器所使用的、數(shù)字控制器所使用的

40、算法算法及及執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型的類型:若控制算法較復(fù)雜，若控制算法較復(fù)雜， 則應(yīng)選擇較長(zhǎng)的采樣周期以保證計(jì)算時(shí)間?？焖賵?zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)選擇較短的采樣則應(yīng)選擇較長(zhǎng)的采樣周期以保證計(jì)算時(shí)間?？焖賵?zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)選擇較短的采樣 周期；慢速執(zhí)行機(jī)構(gòu)則反之。周期；慢速執(zhí)行機(jī)構(gòu)則反之。 46 4、控制回路數(shù)控制回路數(shù)：回路數(shù)越多，則采樣周期越長(zhǎng)，否則越短：回路數(shù)越多，則采樣周期越長(zhǎng)，否則越短 5、對(duì)象所要求的、對(duì)象所要求的控制質(zhì)量控制質(zhì)量：通常，控制精度要求越高，采樣周期越：通常，控制精度要求越高，采樣周期越 短，以及時(shí)跟蹤并減小系統(tǒng)的純滯后和誤差。短，以及時(shí)跟蹤并減小系統(tǒng)的純滯后和誤差。 三、采樣周期三、采樣周

41、期T的確定方法的確定方法 1、計(jì)算法，比較復(fù)雜，工程上用的比較少。、計(jì)算法，比較復(fù)雜，工程上用的比較少。 2、經(jīng)驗(yàn)法，工程上應(yīng)用最多。參考表、經(jīng)驗(yàn)法，工程上應(yīng)用最多。參考表4-2 被控量被控量采樣周期（采樣周期（s）備備 注注 流量流量15優(yōu)選優(yōu)選12s 壓力壓力310優(yōu)選優(yōu)選35s 液位液位68優(yōu)選優(yōu)選7s 溫度溫度1520取純滯后時(shí)間常數(shù)取純滯后時(shí)間常數(shù) 成分成分1520優(yōu)選優(yōu)選18s 47 4.4.2 擴(kuò)充臨界比例度法擴(kuò)充臨界比例度法 1 選擇一個(gè)足夠短的采樣周期選擇一個(gè)足夠短的采樣周期Tmin 2 求出臨界比例度求出臨界比例度u和臨界振蕩周期和臨界振蕩周期Tu 3 選擇控制度選擇控制度

42、 4. 根據(jù)控制度，查表根據(jù)控制度，查表4-3即可求出即可求出T、KP、TI和和TD的值。的值。 模擬 控制度 0 2 0 2 )( )( dttE dttE DDC 48 控制度控制度控制規(guī)律控制規(guī)律TKpTiTd 1.05PI PID 0.03 Tu 0.014 Tu 0.53 u 0.63 u 0.88 Tu 0.49 Tu 0.14 Tu 1.2PI PID 0.05 Tu 0.043 Tu 0.49 u 0.47 u 0.91 Tu 0.47 Tu 0.16 Tu 1.5PI PID 0.14 Tu 0.09 Tu 0.42 u 0.34 u 0.99 Tu 0.43 Tu 0.20

43、 Tu 2.0PI PID 0.22 Tu 0.16 Tu 0.36 u 0.27 u 1.05 Tu 0.40 Tu 0.22 Tu 模擬調(diào)節(jié)模擬調(diào)節(jié) 器器 PI PID 0.57 u 0.70 u 0.83 Tu 0.50 Tu 0.13 Tu 臨界比例臨界比例 度度 PI PID 0.45 u 0.60 u 0.83 Tu 0.50 Tu 0.125 Tu 表表4.3 4.3 擴(kuò)充臨界比例度整定擴(kuò)充臨界比例度整定T,Kc,Ti,TdT,Kc,Ti,Td 49 4.4.3 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法擴(kuò)充響應(yīng)曲線法 1 斷開(kāi)數(shù)字調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)在手動(dòng)狀態(tài)斷開(kāi)數(shù)字調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)在手動(dòng)狀態(tài) 下工作。當(dāng)系統(tǒng)在給

44、定值處平衡后，給一下工作。當(dāng)系統(tǒng)在給定值處平衡后，給一 階躍輸入，圖階躍輸入，圖4-14（a）。）。 2 用儀表記錄下被調(diào)參數(shù)在階躍作用下用儀表記錄下被調(diào)參數(shù)在階躍作用下 的變化過(guò)程曲線（即廣義對(duì)象的飛升特性的變化過(guò)程曲線（即廣義對(duì)象的飛升特性 曲線）曲線）,圖圖4-14（b）。）。 3 在曲線最大斜率處做切線，求得被控在曲線最大斜率處做切線，求得被控 對(duì)象滯后時(shí)間對(duì)象滯后時(shí)間，慣性時(shí)間常數(shù)，慣性時(shí)間常數(shù)以及它們以及它們 的比值的比值/。 4 根據(jù)所求得的根據(jù)所求得的，和和/的值，查的值，查 表表4-4即可求得控制器的各參數(shù)。即可求得控制器的各參數(shù)。 圖 4-14 廣義特性飛升曲線 t 階躍信

45、號(hào) u u(t) t y y(t) (a)階躍信號(hào) (b)反應(yīng)曲線 穩(wěn)態(tài)值 50 控制度控制度控制規(guī)律控制規(guī)律TKpTiTd 1.05PI PID 0.1 0.05 0.84/ 1.15/ 3.4 2.0 0.45 1.2PI PID 0.2 0.16 0.78/ 1.0/ 3.6 1.9 0.55 1.5PI PID 0.5 0.34 0.68/ 0.85/ 3.9 1.62 0.65 2.0PI PID 0.8 0.6 0.57/ 0.6/ 4.2 1.5 0.82 模擬調(diào)節(jié)模擬調(diào)節(jié) 器器 PI PID 0.9/ 1.2/ 3.3 2.0 0.4 臨界比例臨界比例 度度 PI PID 0.

46、9/ 1.2/ 3.3 2.0 0.5 表表4.4 4.4 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定T T和和KpKp、TiTi、TdTd 51 4.4.4 大滯后系統(tǒng)的參數(shù)整定大滯后系統(tǒng)的參數(shù)整定 D. M. Bain和和G. D. Martin提出的提出的適用大滯后過(guò)程適用大滯后過(guò)程參數(shù)整定方法參數(shù)整定方法 被控對(duì)象為一階滯后系統(tǒng)，即被控對(duì)象為一階滯后系統(tǒng)，即 （4-26） 其中：其中：K=y/u為相對(duì)增益；為相對(duì)增益； 為慣性時(shí)間常數(shù)；為慣性時(shí)間常數(shù)； 為純滯后時(shí)間。為純滯后時(shí)間。 s e s K sG 1 )( 52 按下面公式計(jì)算按下面公式計(jì)算KP、TI和和TD： d P BA K K

47、1 dICT 0 DT 5 , 2 TT d 表 4-5 性能指標(biāo) A B C 5%超調(diào) 0 13/25 0 1%超調(diào) 0 3/7 0 最小 IAE 3/10 3/10 4/10 其中，其中，A，B和和C依表依表4-5的性能指標(biāo)選擇：的性能指標(biāo)選擇： 53 例：已知某一階滯后被控對(duì)象的參數(shù)為例：已知某一階滯后被控對(duì)象的參數(shù)為K=1.47，=750秒，秒，=50秒。秒。 1、按擴(kuò)充響應(yīng)曲線法求得當(dāng)控制度、按擴(kuò)充響應(yīng)曲線法求得當(dāng)控制度=1.05時(shí)，時(shí)，PID控制器參數(shù)為：控制器參數(shù)為：T=2.5， KP=17.25，TI=100，TD=22.5。 2、按、按D. M. Bain方法，當(dāng)方法，當(dāng)T=

48、5秒時(shí)，按最小秒時(shí)，按最小IAE 指標(biāo)選擇指標(biāo)選擇PID控制器參數(shù)為控制器參數(shù)為 ：KP=3.1，TI=771。 54 仿真結(jié)果 PID控制器參數(shù)為：T=2.5，KP=17.25，TI=100，TD=22.5。 55 最小IAE 指標(biāo)選擇PID控制器參數(shù)為：KP=3.1，TI=771。 56 試湊法試湊法 湊試法湊試法是通過(guò)模擬或?qū)嶋H的閉環(huán)運(yùn)行情況、觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，然是通過(guò)模擬或?qū)嶋H的閉環(huán)運(yùn)行情況、觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，然 后根據(jù)各調(diào)節(jié)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的大致影響，反復(fù)湊試參數(shù)，以達(dá)到滿意的后根據(jù)各調(diào)節(jié)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的大致影響，反復(fù)湊試參數(shù)，以達(dá)到滿意的 響應(yīng)，從而確定響應(yīng)，從而確定PID控制器

49、中的三個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)。其中在實(shí)踐中總結(jié)出如下控制器中的三個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)。其中在實(shí)踐中總結(jié)出如下 的規(guī)律：的規(guī)律： 1）增大比例系數(shù)）增大比例系數(shù)KP一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有穩(wěn)態(tài)誤差的情況下有利一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有穩(wěn)態(tài)誤差的情況下有利 于減小穩(wěn)態(tài)誤差。但過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振于減小穩(wěn)態(tài)誤差。但過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振 蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞；蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞； 2）增大積分時(shí)間）增大積分時(shí)間TI有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但系有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但系 統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的消除將隨之減慢；統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的消除將隨之減慢； 57

50、 3）增大微分時(shí)間）增大微分時(shí)間TD亦有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)，減小振蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定亦有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)，減小振蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定 性增加，但系統(tǒng)對(duì)干擾的抑制能力減弱，對(duì)擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)；另性增加，但系統(tǒng)對(duì)干擾的抑制能力減弱，對(duì)擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)；另 外，過(guò)大的微分系數(shù)也特使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞；外，過(guò)大的微分系數(shù)也特使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞； 在湊試時(shí)，可以參考以上的一般規(guī)律，對(duì)參數(shù)的調(diào)整步驟為先比在湊試時(shí)，可以參考以上的一般規(guī)律，對(duì)參數(shù)的調(diào)整步驟為先比 例，后積分，再微分的整定步驟，即：例，后積分，再微分的整定步驟，即： v 先整定比例部分先整定比例部分：將比例系數(shù)：將比例系數(shù)KP由小調(diào)大，并觀察相應(yīng)的

51、系統(tǒng)響應(yīng)趨由小調(diào)大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)趨 勢(shì)，直到勢(shì)，直到得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒(méi)有穩(wěn)態(tài)誤差或穩(wěn)。如果系統(tǒng)沒(méi)有穩(wěn)態(tài)誤差或穩(wěn) 態(tài)誤差已小到允許范圍之內(nèi)，同時(shí)響應(yīng)曲線已較令人滿意，那么只須用態(tài)誤差已小到允許范圍之內(nèi)，同時(shí)響應(yīng)曲線已較令人滿意，那么只須用 比例調(diào)節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數(shù)也由此確定。比例調(diào)節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數(shù)也由此確定。 58 v 如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則須加穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則須加 入積分環(huán)節(jié)入積分環(huán)節(jié)。整定時(shí)一般先置一個(gè)較大的積分時(shí)間系數(shù)。整定時(shí)一般先置一個(gè)較大的積分時(shí)間系數(shù)TI，同時(shí)將第一步，同時(shí)將第一步 整定得到的比例系數(shù)整定得到的比例系數(shù)KP縮小一些（比如取原來(lái)的縮小一些（比如取原來(lái)的80%），然后