初稿PID刪節(jié)部分

1、3.3 PID附加控制器3.3.1 PID控制概述及控制原理PID控制是比例積分微分控制的簡稱。經(jīng)過多年的更新?lián)Q代，PID控制得到了長足的發(fā)展，發(fā)生了由模擬PID到數(shù)字PID控制的重大轉(zhuǎn)變。與此同時(shí)還涌現(xiàn)出了許多新型PID控制算法和控制方式。但到目前為止，PID控制仍是歷史最久、生命力最強(qiáng)的基本控制方式，這是因?yàn)镻ID控制具有如下優(yōu)點(diǎn)：PID控制原理簡單，使用方便，通過對比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)和微分時(shí)間常數(shù)的適當(dāng)調(diào)整，可以達(dá)到良好的控制效果。且PID控制魯棒性較強(qiáng)，即其控制品質(zhì)對控制對象特性的變化不十分敏感。PID被廣泛應(yīng)用于過程控制和運(yùn)動(dòng)控制中，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性系統(tǒng)。PI

2、D控制系統(tǒng)原理框圖如圖3.3.1所示圖3.3.1 PID控制系統(tǒng)原理框圖PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值y(t)構(gòu)成控制偏差： （3.3.1）PID控制規(guī)律為： （3.3.2）或者寫成傳遞函數(shù)的形式： （3.3.3）式中：Kp為比例系數(shù)；Ti積分時(shí)間常數(shù)；TD微分時(shí)間常數(shù)。3.3.2 數(shù)字PID控制計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展為數(shù)字化控制技術(shù)提供了很好的物質(zhì)基礎(chǔ)。由于計(jì)算機(jī)具有運(yùn)算速度快、精度高、存儲(chǔ)容量大、編程靈活及很強(qiáng)的通信能力等特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制中。特別是近年來，由于微處理器技術(shù)的進(jìn)步及其成本的降低，為數(shù)字控制技術(shù)提供了強(qiáng)有力的工具。常用的數(shù)字化控制算

3、法有位置型PID算法、增量型PID算法。(1) 位置型PID算法:圖3.3.2 數(shù)字PID控制原理框圖圖是原理框圖。由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量。因此在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)只能采用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時(shí)，用求和代替積分、用后向積分代替微分，使模擬PID離散化，變?yōu)椴榉址匠?。在連續(xù)系統(tǒng)中，PID控制規(guī)律可表達(dá)如下： （3.3.4）選擇采樣周期為T，初始時(shí)刻為零。將上式的積分用求和代替，微分用差分代替，即： （3.3.5） （3.3.6），表示第n次采樣時(shí)刻的偏差值，將式(3.3.5)（3.3.6）代入式(3.5.4) 如下差分方

4、程： (3.3.7)其中：由式（3.3.7）算法可以看出，控制器的輸出為全量輸出，在計(jì)算過程中不僅需要當(dāng)前的時(shí)刻與上一時(shí)刻的信號偏差e(n)和e(n一1)，而且還要對歷次偏差信號e(i)進(jìn)行累加。這樣不僅計(jì)算繁瑣，而且還為保留e(i)占用很大內(nèi)存，此外，當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，會(huì)使輸出e(n)產(chǎn)生大幅度變化，對控制十分不利。為了改善這種情況，常將全量輸出改為增量輸出。(2) )增量型PID算法:增量型PID算法廣泛應(yīng)用于控制中，其特點(diǎn)是在前一次輸出的基礎(chǔ)上，本次只做增量計(jì)算。算法推導(dǎo)如下 (3.3.8)又由式（3.3.8）減去（3.3.7）輸出增量u為： （3.3.9）式(3.3.9)結(jié)果為一增量值。即在每一次輸出的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)增量。這樣，當(dāng)計(jì)算機(jī)在某一拍計(jì)算