數(shù)字PID控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

1、第四章數(shù)字PID控制器的設(shè)計與實現(xiàn)計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)：兩種基本的設(shè)計方法：離散化設(shè)計方法模擬化設(shè)計方法4.1數(shù)字PID控制算法PID控制的優(yōu)點(diǎn)：簡單性（直觀）、 魯棒性、 靈活性 PID控制的本質(zhì)是一個二階線性控制器4.1.1 模擬PID調(diào)節(jié)規(guī)律的離散化模擬PID控制系統(tǒng)框圖：PID控制器的微分方程和傳遞函數(shù)形式為:式中各物理量的含義將微分方程進(jìn)行離散化若設(shè)采樣周期為T，初始時刻為0，則控制律的離散形式為這種直接形式的控制律的缺點(diǎn)是占用大量內(nèi)存。兩種實際的PID控制器形式:（1）位置式（2）增量式兩種形式的比較兩種形式的示意圖為：兩者的主要差別是：由誰來完成控制量的累加。位置式中由控制器

2、進(jìn)行累加，直接計算控制量增量式中由執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行累加，優(yōu)點(diǎn)是：誤動作時影響?。皇謩?自動切換沖擊??；沒有累計誤差。4.1.2 數(shù)字PID控制器算法的改進(jìn)1. 帶有死區(qū)的帶有死區(qū)的PID控制控制在控制精度要求不高的場合，能減少由于頻繁動作引起的振蕩和能量消耗?？刂扑闶胶蛡鬟f特性圖分別為：數(shù)字PID控制器算法的改進(jìn)（續(xù)）2. PID位置算法中積分飽和的抑制位置算法中積分飽和的抑制在系統(tǒng)偏差較大時，控制PID 算法中積分項的作用，減少由于積分飽和引起的振蕩和超調(diào)。（1）積分分離的）積分分離的PID控制控制數(shù)字PID控制器算法的改進(jìn)（續(xù)）（2）遇限削弱積分法）遇限削弱積分法在實際控制中，控制量的大小總是

3、受到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的限制，而被限定在一定的范圍內(nèi)。因此該方法以此來決定是否引入積分控制和控制的方向。數(shù)字PID控制器算法的改進(jìn)（續(xù)）3. PID增量算法中比例和微分飽和的抑制增量算法中比例和微分飽和的抑制控制偏差過大時，比例和微分飽和會使控制量超出實際范圍，超出部分將不被執(zhí)行，影響系統(tǒng)的動態(tài)性能。因此，實際操作中將超出部分存儲累積，而當(dāng)控制量在有效范圍內(nèi)時再將存儲部分加入，達(dá)到補(bǔ)償?shù)男Ч?. 修改微分項修改微分項為了消除給定變化的沖擊，在計算微分項時忽略給定變化的影響，即認(rèn)為給定值不變。4.1.3 帶一階延遲濾波器的數(shù)字PID控制器算法為了抗高頻干擾，數(shù)字控制系統(tǒng)中一般需要加入一階延遲濾波器，也叫

4、微分限制環(huán)節(jié)。其傳遞函數(shù)和對應(yīng)的差分方程為：4.1.3 帶一階延遲濾波器的數(shù)字PID控制器算法（續(xù)）加入了一階延遲濾波器后的PID控制器傳遞函數(shù)為：其中去掉濾波環(huán)節(jié)后的部分為典型的PID形式：4.1.3 帶一階延遲濾波器的數(shù)字PID控制器算法（續(xù)）將整個系統(tǒng)分解成幾個部分各部分的差分形式為：微分部分：積分部分：比例部分：4.2 數(shù)字PID控制器的程序?qū)崿F(xiàn)經(jīng)過整理，化簡后的控制律為：un=un-1+K(a0en+a1en-1+a2en-2)4.2.1 程序編制4.2.2 數(shù)據(jù)運(yùn)算數(shù)的處理小數(shù)的處理正負(fù)數(shù)運(yùn)算（利用補(bǔ)碼進(jìn)行計算）乘法運(yùn)算4.2.3 數(shù)字濾波器干擾的種類：慢隨機(jī)干擾：電源頻率、工業(yè)干擾、對象