力控的策略控制器PID算法介紹及應(yīng)用

1、力控的策略控制器 PID算法介紹及應(yīng)用力控的策略控制器可以方便地實(shí)施多種控制算法，在這里我們以 PID為例介紹如何在力控中組建一個(gè)PID控制系統(tǒng)。多年以來(lái)，在過(guò)程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I ）和微分（D）進(jìn)行才$制的PID控制器（亦稱PID調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器。它具有原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立，參數(shù)的選定比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；而且在理論上可以證明，對(duì)于過(guò)程控制的典型對(duì)象“一階滯后十純滯后”與“二階滯后十純滯后”的控制對(duì)象，PID控制器是一種最優(yōu)控制。PID調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)改變靈活（ PI、PR ,

2、）。長(zhǎng)期以來(lái)被廣大科學(xué)技術(shù)人員及現(xiàn)場(chǎng)操作人員所采用，并積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。連續(xù)系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器為對(duì)誤差的比例、積分和微分控制，即工, +人鄧曲心憶小“”/2）式中：Ti、Td分別為積分和微分時(shí)間常數(shù);Kp> Ki、Kd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中使用的是PID數(shù)字調(diào)節(jié)器，就是對(duì)式（1）離散化，令u(r)wu(AD dm式中，T是采樣周期。由式（1）與式（3）可得（/（it） =1* / |B*"（GT ?。?#171;CLr“ih”升iI（4）式（4）稱為位置式PID控制算法。由于位置式算法輸出在計(jì)算過(guò)程中容易產(chǎn)生積分飽和作用，導(dǎo)致控制器的響應(yīng)速度變慢，

3、而且由于積分的累積作用，在手動(dòng)和自動(dòng)切換時(shí)，很難做到無(wú)擾動(dòng)切換。因此，人們又提出一種新的控制算法，PID增量式控制算法：u(A7 )=人/ AT) - kT- T)j + XT)+-2”“- D在力控的策略控制器中采用的是增量式算法，但是輸出采用位置式輸出。即把上次輸出加上本次計(jì)算 的增量輸出即得到本次的位置式輸出。PID控制回路有三種方式，手動(dòng)，自動(dòng)和串級(jí)，在手動(dòng)狀態(tài)下，PID控制回路相當(dāng)于手動(dòng)調(diào)節(jié)器。在自動(dòng)狀態(tài)下，PID控制回路完成PID算法，設(shè)定值由操作站給定，在串級(jí)狀態(tài)，設(shè)定值由主回路的輸出給定。 當(dāng)回路處于手動(dòng)狀態(tài)下時(shí)，設(shè)定值具有自動(dòng)跟蹤測(cè)量值功能，以便從手動(dòng)切換到自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，切換時(shí)

4、是無(wú) 擾動(dòng)的；當(dāng)回路處自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，主回路的輸出自動(dòng)跟蹤副回路的設(shè)定，以便當(dāng)下一級(jí)控制回路從自動(dòng)切換 到串級(jí)時(shí)，切換時(shí)是無(wú)擾動(dòng)的其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：1）如果是緊急狀態(tài)，則進(jìn)入安全態(tài)處理。不執(zhí)行以下步驟。2）如果存在副回路，并且副回路不處于串級(jí)狀態(tài)，則該回路：a）,如果副回路是手動(dòng)狀態(tài)，則該回路進(jìn)入手動(dòng)狀態(tài)，并且輸出跟蹤副回路的設(shè)定值;b）,如果副回路是自動(dòng)狀態(tài)，輸出跟蹤副回路的設(shè)定值。不執(zhí)行以下步驟。3）如果該回路是手動(dòng)狀態(tài)，則直接輸出，不執(zhí)行以下步驟；4）檢查輸入和設(shè)定值是否超限，如果超限，進(jìn)行超限處理；5）則計(jì)算偏差。檢查是否有偏差死區(qū)，如果有，則處理偏差死區(qū);6）計(jì)算PID的控制輸出；7）判斷

5、輸出和變化率是否超限，如果超限則進(jìn)行處理。在力控的策略控制器中，很容易就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè) PID回路。先進(jìn)入力控的策略控制器組態(tài)環(huán)境StrategyBuilder ,如果沒(méi)有主策略，這時(shí)會(huì)提示建立一個(gè)主策略，如果已經(jīng)存在一個(gè)主策略，則打開(kāi)該策略（或打開(kāi)其它的子策略）。在左側(cè)的導(dǎo)航器中選擇工具控制算法PID控制器，然后在右邊的工作區(qū)點(diǎn)擊鼠標(biāo)，就可以畫(huà)出一個(gè)PID控制塊。選中該塊，可以改變其參數(shù)，如點(diǎn)名、比例、積分、微分等各種參數(shù)。再選擇輸入輸出變量，輸入變量可以是力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量，也可以是策略控制器中的I/O點(diǎn)。在本例中，我們用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如同畫(huà)PID控制塊一樣，選擇工具 變量數(shù)據(jù)

6、庫(kù)輸入變量（數(shù)據(jù)庫(kù)輸出變量）畫(huà)出兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)變量引用塊。然后在屬性中選擇輸入輸出的變量。在輸入變量aaa.pv的輸出管腳上雙擊，再在PID控制塊的PV管腳上雙擊，這樣就在兩者之間形成了一條線，這表示把a(bǔ)aa.pv的值作為PID控制塊的測(cè)量值。同樣把 PID控制塊的輸出連接到 aaa1.pv上。如下圖所示：PID控制了然后，從菜單中選擇編譯和運(yùn)行中選擇編譯當(dāng)前工程，然后，運(yùn)行當(dāng)前工程，就可以實(shí)施PID 參數(shù)的選擇：數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定可以仿照模擬PID 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的各種方法，根據(jù)工藝對(duì)控制性能的要求，決定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。這里就各個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響簡(jiǎn)單加以說(shuō)明。比例系數(shù) P 對(duì)系統(tǒng)性能的影響：比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減?。?P偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)； P 太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定； P 太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。 P可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以及控制對(duì)象的特性決定的。如果P 的符號(hào)選擇不當(dāng)對(duì)象測(cè)量值就會(huì)離控制目標(biāo)的設(shè)定值越來(lái)越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況P 的符號(hào)就一定要取反。同時(shí)要注意的是，力控的策略控制器的 PID控制塊的P參數(shù)是PID控制中的增益。積分控制 I 對(duì)系統(tǒng)性能的影響：積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降， I ?。ǚe分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)