先進(jìn)PID控制算法研究報(bào)告

1、-. z.師學(xué)院本科學(xué)生畢業(yè)論文基于MATLAB的先進(jìn)PID算法研究 作者 系院 物理與電氣工程學(xué)院 專業(yè)電氣工程及自動(dòng)化 年級(jí) 2011 級(jí) 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 高 相 銘 日期2015年5月 -. z.學(xué)生誠(chéng)信承諾書本人重承諾：所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)展的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得師學(xué)院或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何奉獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了意。簽名：日期：論文使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解師學(xué)院有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：

2、學(xué)校有權(quán)保存送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕蚓植咳?，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。簽名：導(dǎo)師簽名：日期：-. z.基于MATLAB的先進(jìn)PID算法研究溫 峰師學(xué)院 物理與電氣工程學(xué)院 455002摘 要： 本文選取積分別離、變速積分和不完全微分三種非標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法為代表，簡(jiǎn)要介紹了先進(jìn)PID控制算法的原理及實(shí)現(xiàn)過(guò)程，闡述了常規(guī)PID控制算法的局限性，并分析了幾種先進(jìn)PID控制與常規(guī)的PID控制的不同。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證主要采用MATLAB仿真的方式，使用M語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)各種PID控制進(jìn)展比照，論證先進(jìn)PID控制較常規(guī)PID控制的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞： PID控制；

3、數(shù)字控制；飽和現(xiàn)象； 1引言PID控制是最早開展起來(lái)的控制策略之一，由于其算法簡(jiǎn)單、魯棒性好和可靠性高的顯著優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于過(guò)程控制和運(yùn)動(dòng)控制中，在工業(yè)控制領(lǐng)域中占有非常重要的地位。 隨著科技進(jìn)步，人們對(duì)控制品質(zhì)要求也越來(lái)越高。在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，由于受到參數(shù)整定方法的限制，常規(guī)PID控制器往往整定不良、性能欠佳，對(duì)運(yùn)行工況的適應(yīng)性很差，這就極大的限制了傳統(tǒng)PID控制器的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用使這種狀況有所改變。為了不斷滿足工業(yè)過(guò)程控制的各種要求，人們不斷利用計(jì)算機(jī)對(duì)PID控制器的算法進(jìn)展改良，而對(duì)常規(guī)PID控制算法的改良就稱之為先進(jìn)PID。2 常規(guī)PID控制PID控制系統(tǒng)主要由被控對(duì)象

4、和控制器兩局部組成。PID控制的過(guò)程為：控制系統(tǒng)將輸入值與輸出值做差，得到系統(tǒng)偏差，對(duì)偏差進(jìn)展比例、積分和微分運(yùn)算，再將處理后結(jié)果相加得到總控制量，再對(duì)被控對(duì)象進(jìn)展控制，構(gòu)成PID控制器。PID控制是基于對(duì)偏差過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)信息估計(jì)的一種線性控制算法。常見模擬PID控制系統(tǒng)如圖2-1所示。微分微分 積分 被控對(duì)象 比例 c(t)r(t)+ + + 圖2-1 PID控制方框圖圖2-1中，PID控制器的輸出是系統(tǒng)誤差分別經(jīng)過(guò)各環(huán)節(jié)處理后線性組合的關(guān)系，表達(dá)式如下: (2-1)其傳遞函數(shù)形式通常為: (2-2)式中，是比例增益，是積分時(shí)間常數(shù)，是微分時(shí)間常數(shù)。PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：比例

5、環(huán)節(jié)：代表了現(xiàn)在的信息，即時(shí)地、成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)。偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差，使過(guò)渡過(guò)程反響迅速。缺點(diǎn)是穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 積分環(huán)節(jié)：代表了過(guò)去的信息，通過(guò)計(jì)算誤差信號(hào)的積分值并乘以一個(gè)積分系數(shù)，來(lái)糾正信號(hào)的偏差。誤差值是過(guò)去一段時(shí)間的誤差和。主要用于消除靜差、提高系統(tǒng)的無(wú)差度，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。缺點(diǎn)就是參加積分調(diào)節(jié)會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。 微分環(huán)節(jié)：代表了未來(lái)的信息，計(jì)算誤差的一階導(dǎo)，并與微分系數(shù)相乘。這個(gè)導(dǎo)數(shù)表示了誤差信號(hào)的改變速度，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的改變作出反響。反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，并能在偏差信號(hào)值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一

6、個(gè)早期的修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。缺點(diǎn)就是對(duì)噪聲干擾有放大作用。在實(shí)際設(shè)計(jì)PID控制器時(shí)，通常是在微控制器中實(shí)現(xiàn)的。要用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)連續(xù)系統(tǒng)中的模擬PID控制規(guī)律，就要對(duì)其進(jìn)展離散化處理，變成數(shù)字PID控制器。在采樣周期遠(yuǎn)小于信號(hào)變化周期時(shí)，可作如下近似：2-3 式中，T為采樣周 期；k為采樣序號(hào)，k=1,2,，k 這時(shí)，控制器的輸出與輸入之間的關(guān)系為: 2-4其中：、分別為比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)；T為采樣周期；k為采樣序號(hào)，k=0，1，2，；為第k次采樣輸出值，為第k次采樣輸出偏差值，為第k -1次采樣輸出偏差值。 其控制系統(tǒng)如圖2-2所示：PIDPID控制

7、算法D/A被控對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)yd(t)+ 圖2-2 數(shù)字PID控制系統(tǒng)方框圖 這種PID控制被稱為位置式PID控制算法。位置PID控制算法具有出明顯的缺陷：當(dāng)前采樣時(shí)刻的輸出與過(guò)去的各個(gè)狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì)進(jìn)展累加，計(jì)算量很大，而且由于輸出控制量對(duì)應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置偏差，如果位置傳感器出現(xiàn)故障，就會(huì)出現(xiàn)大的波動(dòng)，造成設(shè)備的損壞，這是在實(shí)際控制中必需防止的情況。為此人們?cè)谖恢檬降母咨蟿?chuàng)造了增量式PID控制算法。對(duì)數(shù)字PID位置式取增量，即數(shù)字控制器輸出的是相鄰兩次采樣時(shí)刻所計(jì)算的位置值之差。由式2-4遞推可得，第k-1次采樣時(shí)： 2-5將式2-4與式2-5兩式相減得： 2-6則增量算式為 2-

8、7式中：為積分時(shí)間常數(shù)，為微分時(shí)間常數(shù)。由于式2-7得出的是數(shù)字PID控制器輸出控制量的增量值，因此，稱之為增量式數(shù)字PID控制算法。它只需要保持三個(gè)采樣時(shí)刻的偏差值。上遞推算式可以寫成如下形式：2-8式中 ， 與位置式數(shù)字PID控制算法相比，增量式數(shù)字PID控制算法有明顯的優(yōu)點(diǎn)：它是增量輸出控制，增量確實(shí)定僅與此前最近的三次采樣值有關(guān)，所以機(jī)器發(fā)生故障時(shí)影響圍小、不會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)過(guò)程;在手動(dòng)一自動(dòng)切換時(shí)沖擊小，控制方式轉(zhuǎn)換時(shí)可以平穩(wěn)過(guò)渡。 可是增量控制也有缺乏的方面:積分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)誤差，溢出的影響大。所以我們選擇的的時(shí)候不可一概而論，如果精度要求高、動(dòng)作比擬快的場(chǎng)合用位置算法，如電力

9、電子變換器的控制;如果執(zhí)行的時(shí)間比擬長(zhǎng)，如電機(jī)控制等，則選擇增量式。常規(guī)PID控制器普遍存在積分飽和、超調(diào)量大以及由于微分作用對(duì)高頻干擾的敏感而導(dǎo)致的系統(tǒng)失穩(wěn)等缺點(diǎn)。PID控制是通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的，具有很大的靈活性。許多原來(lái)在模擬PID控制器中無(wú)法解決的問(wèn)題，運(yùn)用計(jì)算機(jī)就可以解決。于是產(chǎn)生了一系列的改良算法，形成了非標(biāo)準(zhǔn)的控制算法，比方對(duì)積分項(xiàng)的改良，積分別離法、變速積分法、遇限削弱積分法等;對(duì)微分環(huán)節(jié)進(jìn)展改良，不完全微分法、微分先行法、帶死區(qū)的法等。這些算法解決了常規(guī)PID控制的缺乏。積分別離法和變速積分法解決了積分飽和的問(wèn)題，明顯降低了系統(tǒng)的超調(diào)量;不完全微分法可以濾掉系統(tǒng)中的高頻噪聲信

10、號(hào)，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有了很高的提升，適用于精度較高的系統(tǒng)。3對(duì)積分項(xiàng)的改良在實(shí)際控制系統(tǒng)中，由于執(zhí)行元件自身物理特性的約束，執(zhí)行器的完全可控只能在一定的圍，因此要求計(jì)算輸出的控制量及其變化率在一定的圍，應(yīng)滿足 3-1式中， 為控制器允許輸出變化率的最大值。3-2式中，和分別為控制器允許輸出的最小值和最大值。在普通PID控制中，積分的作用在于消除穩(wěn)態(tài)誤差以提高控制精度。當(dāng)有較大的擾動(dòng)或給定值發(fā)生很大躍變時(shí),由于短時(shí)間系統(tǒng)輸出較大偏差，而系統(tǒng)本身有慣性及滯后,會(huì)造成PID運(yùn)算的積分積累，致使控制量越限，使超調(diào)量過(guò)大，造成系統(tǒng)超調(diào)量增大，調(diào)節(jié)滯后，以致控制量越限,執(zhí)行元件進(jìn)入飽和區(qū),使系統(tǒng)暫時(shí)暫時(shí)調(diào)

11、節(jié)功能，即所謂積分飽和現(xiàn)象。 在數(shù)字PID控制中，位置式PID控制就存在積分飽和的問(wèn)題。3.1 積分別離PID控制算法 積分別離PID控制算法主要應(yīng)用于有較大慣性及滯后的系統(tǒng)。 積分別離PID算法根本設(shè)計(jì)思想是當(dāng)偏差值大于一定值時(shí)，不進(jìn)展積分而采用PD控制，防止過(guò)大的超調(diào)，又使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)。而當(dāng)偏差值小于一定值時(shí)，恢復(fù)積分采用PID控制，以消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，保證控制精度。 積分別離PID控制的具體實(shí)現(xiàn)步驟是：根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)定閾值，；當(dāng)時(shí)，采用PD控制，可避積分積累；當(dāng)時(shí)，采用PID控制，保證控制精度。積分別離算法可表示為： (3.1-1)式中，T為采樣時(shí)間，為積分項(xiàng)的開關(guān)系數(shù)， 仿真實(shí)

12、例設(shè)備控對(duì)象為一個(gè)延遲對(duì)象，采樣周期為20s，延遲時(shí)間為4個(gè)采樣周期，即80s。輸入信號(hào)yd(k)=40，控制器輸出限制在-110,110。；被控對(duì)象離散化為：仿真程序見附錄。采用分段積分別離PID控制仿真結(jié)果如圖3-1，采用普通PID控制仿真結(jié)果如圖3-2。 圖3-1 積分別離式PID輸入輸出信號(hào) 圖3-2普通PID輸入輸出信號(hào) 結(jié)論積分作用使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，超調(diào)量增大。當(dāng)被控量與設(shè)定值偏差較大時(shí)，刪除積分作用，以使不至過(guò)大。只有當(dāng)較小時(shí)方引入積分作用，以消除靜差，提高控制精度。需要說(shuō)明的是，為保證引入積分作用后系統(tǒng)的穩(wěn)定性不變，在輸入積分作用時(shí)比例系數(shù)可進(jìn)展相應(yīng)變化。此外，值應(yīng)根據(jù)具體對(duì)象

13、及要求而定，假設(shè)過(guò)大，則達(dá)不到積分別離的目的；過(guò)小，則會(huì)導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)入積分區(qū)。如果只進(jìn)展PD控制，會(huì)使控制出現(xiàn)余差。3.2 變速積分PID控制算法積分別離運(yùn)用的是一種類似于開關(guān)的控制方法，即有積分和沒(méi)有積分兩種狀態(tài)，而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為了更加準(zhǔn)確地控制對(duì)象，我們往往需要積分作用隨著偏差的慢慢增大而逐漸小，直至完全沒(méi)有?；谶@種要求，我們提出了變速積分PID控制算法。變速積分PID算法與積分別離法很類似，但調(diào)節(jié)方式不同。變速積分法的根本思路是設(shè)法改變積分項(xiàng)的累加速度，使其與偏差的大小相適應(yīng):偏差較大時(shí)，積分作用減弱，偏差較小時(shí)，積分作用增強(qiáng)。具體實(shí)現(xiàn)為: 設(shè)置一系數(shù) ，它是當(dāng)前偏差的函數(shù)，其關(guān)系

14、可以是線性的也可以是非線性的，現(xiàn)設(shè)為: 3.2-1式中，以 A，B 為積分區(qū)間。變速積分 PID 算法為: 3.2.-2的值在區(qū)間變化，當(dāng)偏差大于所給別離區(qū)間(A + B)后，不再對(duì)當(dāng)前偏差進(jìn)展繼續(xù)累加; 當(dāng)偏差小于B時(shí)，參加當(dāng)前值，即積分項(xiàng)變?yōu)? 3.2-3 與一般 PID 積分項(xiàng)一樣，積分到達(dá)最高速; 而當(dāng)偏差在 B到( A + B) 之間時(shí)，則累積記入的是局部當(dāng)前值，其值在0和|e(k)|之間，隨|e(k)|的大小而變化，其速度在與之間。 變速積分PID算法為： 3.2-4這種算法對(duì)A,B兩個(gè)參數(shù)的要求不準(zhǔn)確，參數(shù)整定較容易。實(shí)際中，A，B 的值可做一次性整定， 當(dāng) A，B 的值選得越大

15、， 變速積分對(duì)積分飽和抑制作用就越弱，反之則越強(qiáng)，一般來(lái)說(shuō)，最好取A=30%，B=20%為宜。 仿真實(shí)例設(shè)被控對(duì)象為一延遲對(duì)象：采樣時(shí)間為20s，延遲時(shí)間為4個(gè)采樣時(shí)間，即80s，取。仿真程序見附錄。變速PID控制仿真結(jié)果如圖3-3，普通PID控制仿真結(jié)果如圖3-4。圖3-3 變速積分PID輸入輸出信號(hào) 圖3-4 普通PID輸入輸出信號(hào) 結(jié)論 如果與積分別離PID控制算法相比擬可以得出，積分別離算法的上升時(shí)間較短，而變速積分算法用比例消除大誤差，用積分消除小誤差，可完全消除積分別離現(xiàn)象，各參數(shù)容易整定，調(diào)節(jié)時(shí)間較短，最大超調(diào)量較小，振蕩次數(shù)較少。4對(duì)微分項(xiàng)的改良增量式PID算法由于沒(méi)有積分累積

16、，所以不會(huì)出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象，但可能出現(xiàn)比例和微分飽和現(xiàn)象。當(dāng)給定值發(fā)生很大躍變時(shí)，比例項(xiàng)和微分項(xiàng)計(jì)算出的控制增量可能較大，甚至越限，這樣就使一局部增量信息沒(méi)有執(zhí)行，造成控制效果不理想，這就是比例和微分飽和。與積分飽和不同，比例和微分飽和的表現(xiàn)不是超調(diào)，而是動(dòng)態(tài)過(guò)程變慢。抑制比例和微分飽和的方法之一是積累補(bǔ)償法，其根本思想是把那些因飽和而未能執(zhí)行的增量信息保存到累加器中，當(dāng)控制量脫離飽和區(qū)之后，再補(bǔ)充執(zhí)行。但是累加器有積分作用，可能造成積分飽和。抑制比例和微分飽和的另一種方法是采用不完全微分，即將過(guò)大的控制量分屢次執(zhí)行，以防止出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。采用不完全微分控制還可以增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)干擾的抑制能力。4.1

17、不完全微分PID控制算法微分作用的引入，主要是為了改善控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，使控制信號(hào)的相位超前，提高系統(tǒng)的相位裕度，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但由于對(duì)于干擾特別敏感，同時(shí)也會(huì)放大系統(tǒng)噪聲，從而導(dǎo)致系統(tǒng)控制過(guò)程振蕩，降低了調(diào)節(jié)品質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字PID中的微分作用為 4.1-1對(duì)應(yīng)的Z變換為4.1-2當(dāng)偏差為階躍變化，即為單位階躍函數(shù)時(shí)，由Z變換有4.1-3 代入式4.1-2可得4.1-4標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字PID控制器的微分環(huán)節(jié)的輸出序列為 4.1-5 由式4.1-5可知，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字PID控制器中只在第一個(gè)采樣周期控制器微分項(xiàng)有輸出，后面的采樣周期控制器微分項(xiàng)輸出為零。對(duì)于時(shí)間常數(shù)T較大的系統(tǒng)，幾乎起

18、不到微分作用，因而不能到達(dá)超前控制誤差的目的。如果微分系數(shù)取的比擬大，第一個(gè)采樣周期微分項(xiàng)的輸出很大，很容易造成計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的溢出，這樣不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定，甚至系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)大幅的振蕩。為了克制上述缺點(diǎn)，通常在微分項(xiàng)上參加一階慣性環(huán)節(jié)低通濾波器其中為濾波系數(shù)。 不完全微分PID控制其構(gòu)造圖如圖4-1所示。 U(s)E(s) 圖4-1 不完全微分法一構(gòu)造圖其傳遞函數(shù)為： 4.1-6將上式離散化為： 4.1-7現(xiàn)在推導(dǎo)的表達(dá)式： 4.1-8將其寫成微分方程： 4.1-9假設(shè)采樣時(shí)間為Ts，將上式離散化為： 4.1-10令則有： 4.1-11其中。標(biāo)準(zhǔn)PID控制為： 4.1-12兩式比照可知：不完全微分多

19、了一項(xiàng)，原來(lái)的微分系數(shù)由降為。假設(shè)輸入為單位階躍，k=0,1,2,則 4.1-13因?yàn)?則輸出是按照指數(shù)形式衰減的曲線，可以保證由于被控對(duì)象的滯后作用而起到超前調(diào)節(jié)的目的。仿真實(shí)例被控對(duì)象為時(shí)滯系統(tǒng)傳遞函數(shù)，在對(duì)象的輸出端加幅值為0.01的隨機(jī)信號(hào)。采樣周期為20ms。采用不完全微分算法，。所加的低通濾波器為。仿真程序見附錄。不完全微分PID控制仿真結(jié)果如圖4-2，普通PID控制仿真結(jié)果如圖4-3： 圖4-2 不完全微分PID控制輸入輸出信號(hào) 圖4-3 普通PID控制輸入輸出信號(hào) 結(jié)論比照擬m=1與m=2的圖可得知，常規(guī)PID控制的調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量等都高于不完全微分PID控制系統(tǒng)，采用不完全微

20、分PID控制能有效地克制偏差干擾帶來(lái)的不良影響。在標(biāo)準(zhǔn)PID算式中，當(dāng)有階躍信號(hào)輸入時(shí)，微分項(xiàng)輸出急劇增加，容易引起調(diào)節(jié)過(guò)程的震蕩，導(dǎo)致品質(zhì)因數(shù)下降。不完全微分的PID算法中，其微分作用逐漸下降，微分輸出信號(hào)按指數(shù)規(guī)律逐漸衰減到零，因而系統(tǒng)變化比擬緩慢，不容易引起振蕩。微分控制可以改善動(dòng)態(tài)特性，如超調(diào)量減少，調(diào)節(jié)時(shí)間縮短，使穩(wěn)態(tài)誤差減少，提高控制精度。5結(jié)語(yǔ)本文對(duì)積分別離、變速積分和不完全微分三種先進(jìn)PID控制算法進(jìn)展了深入的剖析，并通過(guò)MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這三種由常規(guī)PID改良而來(lái)非標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法切實(shí)解決了常規(guī)PID控制難以解決的飽和問(wèn)題，充分顯示了先進(jìn)PID控制較常規(guī)PID控制的

21、先進(jìn)性。 實(shí)際的工業(yè)控制過(guò)程中，為了提高被控系統(tǒng)的控制性能，一般不使用單一的控制算法，往往是幾種PID控制算法相結(jié)合才能到達(dá)更好的控制效果，滿足系統(tǒng)的控制要求，比方在使用不完全微分PID控制算法的同時(shí)，往往結(jié)合變速積分的PID控制算法，來(lái)減小超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差，從而提高系統(tǒng)的控制性能。參考文獻(xiàn)1胡壽松.自動(dòng)控制原理M.:科學(xué)，2001.2永華.新型PID控制及其應(yīng)用M.:機(jī)械工業(yè)，2002.3金餛.先進(jìn)PID控制MATLAB仿真(第三版)M.:電子工業(yè)，2011.4德豐.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真M.:電子工業(yè).2009,65德江.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)M.:機(jī)械工業(yè).2011,16王超，蓮紅，紅.基于MATL

22、AB的不完全微分PID控制的設(shè)計(jì)與仿真J理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2013年12月第23卷第4期Advanced PID simulation based on MATLAB Wenfeng(School of physics and electrical engineering, Anyang NormalUniversity ,Anyang ,Henan455002)Abstract:In this paper, the integral separation, selection of speed change integral and inplete differential PID

23、control algorithm of three kinds of non - standard as the representative, briefly introduced the principle and implementation of advanced PID control algorithm, discusses the limitations of the conventional PID control algorithm, and analysis of the advanced PID control algorithm with the convention

24、al PID control algorithm with different. E*periments using MATLAB simulation, using the M programming language to achieve a variety of PID control parison, demonstration of advanced PID control pared with the conventional PID control superiority.Keywords: PID control; digital control; saturation;附錄積

25、分別離PID控制仿真程序如下：當(dāng)M=1時(shí)采用積分別離PID控制，M=2時(shí)采用普通PID控制%Integration Separation PID Controller積分別離PID控制器clear all; %去除掉所有文件close all; %關(guān)閉所有文件ts=20; %定義時(shí)間%Delay plant定義延遲函數(shù)sys=tf(1,60,1,inputdelay,80); %定義系統(tǒng)傳遞函數(shù)dsys=c2d(sys,ts,zoh); %轉(zhuǎn)化成dz函數(shù)num,den=tfdata(dsys,v); %獲得Z傳遞函數(shù)的分子分母u_1=0;u_2=0;u_3=0;u_4=0;u_5=0; %清0

26、，使系統(tǒng)初始化y_1=0;y_2=0;y_3=0;error_1=0;error_2=0;ei=0; for k=1:1:200 %采樣比，在1200，且跨幅為1之間采樣time(k)=k*ts; %定義time(k)函數(shù)%Delay planty(k)=-den(2)*y_1+num(2)*u_5; %輸出函數(shù)%I separation積分別離yd(k)=40; %給定輸入值error(k)=yd(k)-y(k); %差分方程ei=ei+error(k)*ts; %誤差累加M=2;if M=1 %Using integration separation當(dāng)M=1時(shí)的積分別離的使用 if abs

27、(error(k)=30&abs(error(k)=20&abs(error(k)=10&abs(error(k)=110 % Restricting the output of controller限制輸出u(k)=110;end % 判斷u(k)函數(shù)值，如果u(k) =110，就令u(k)=110if u(k)=-110 u(k)=-110;end % 判斷u(k)函數(shù)值，如果u(k)=-110，就令u(k)=-110u_5=u_4;u_4=u_3;u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k); y_3=y_2;y_2=y_1;y_1=yd(k);error_2=error_1;err

28、or_1=error(k);end %重新賦參數(shù)值figure(1); %圖1plot(time,yd,r,time,y,k,linewidth,2); %畫圖*label(time(s);ylabel(yd,y);%*軸表示time(s)，y軸表示yd,yLegend(Ideal position signal,position tracking);figure(2); %圖2plot(time,u,r,linewidth,2); %畫圖*label(time(s);ylabel(control input); %*軸表示time(s)，y軸表示控制信號(hào)變速PID控制仿真程序如下：當(dāng)M=1時(shí)采用變速積分PID控制，M=2時(shí)采用普通PID控制%PID Controller with changing integration rate變速PID控制器clear all; %去除掉所有文件close all; %關(guān)閉所有文件%Big time delay Plant定義延遲函數(shù)ts=20; %定義時(shí)間sys=tf(1,60,1,inputdelay,80); %定義系統(tǒng)傳遞函數(shù)dsys=c2d(s