積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施課件

積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象圖4.14加熱器出口水溫控制系統(tǒng)圖4.15溫度比例積分控制系統(tǒng)積分飽和積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施①限制PI調(diào)節(jié)器的輸出uPI>設(shè)定限值時，uPI=umax結(jié)果：這樣有可能在正常操作中不能消除系統(tǒng)的余差②積分分離法e>設(shè)定限值時，改用純P調(diào)節(jié)結(jié)果：既不會積分飽和又能在小偏差時利用積分作用消除偏差③遇限削弱積分法uPI>設(shè)定限值時，只累加負偏差，反之亦然結(jié)果：可避免控制量長時間停留在飽和區(qū)抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施位置型與增量型PID算法2.5.3時間連續(xù)型PID算式則可作如下近似變換：

位置型PID算式積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施位置型PID算法說明

由于位置式PID控制算法是全量輸出，故每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，計算時要對e(k)進行累加，計算機運算工作量大。而且，因為計算機輸出u(k)對應(yīng)的是執(zhí)行機構(gòu)的實際位置，如果計算機出現(xiàn)故障，u(k)大幅度變化，會引起執(zhí)行機構(gòu)位置的大幅度變化，在某些場合，可能造成重大的生產(chǎn)事故，為避免這種情況的發(fā)生，提出了增量式PID控制的控制算法。

位置型PID算式積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施上面兩式相減得可以看出，由于一般計算機控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，一旦確定了Kp、Ki、Kd，只要使用前后3次測量值的偏差，即可求出控制增量。積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施增量型PID算法說明積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施系統(tǒng)校正方法

系統(tǒng)校正就是找出一種合適的裝置，將其置于控制系統(tǒng)中，以完成系統(tǒng)綜合的任務(wù)，即使控制系統(tǒng)達到所要求的性能指標

2.6積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施2.6.1引言積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施校正方式串聯(lián)校正

反饋校正

校正裝置校正裝置前饋校正復合校正

Y(s)Y(s)圖串聯(lián)校正圖反饋校正積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施2.6.2基本控制規(guī)律分析積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施在校正裝置中，常采用比例(P)、微分(D)、積分(I)、比例微分(PD)、比例積分(PI)、比例積分微分(PID)等基本的控制規(guī)律。1.比例(P)控制具有比例控制規(guī)律的控制器稱為比例控制器．其特性和比例環(huán)節(jié)完全相同，它實際上是一個可調(diào)增益的放大器。傳遞函數(shù)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖為比例控制的作用：(1).在系統(tǒng)中增大比例系數(shù)Kp可減少系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差以提高穩(wěn)態(tài)精度。(2).增加Kp可降低系統(tǒng)的慣性，減小一階系統(tǒng)的時間常數(shù)，改善系統(tǒng)的快速性。(3).提高Kp往往會降低系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，甚至會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施2比例?微分(PD)控制動態(tài)結(jié)構(gòu)圖為具有比例?微分控制規(guī)律的控制器稱為比例微分控制器。傳遞函數(shù)PD控制器的作用：PD控制具有超前校正的作用，能給出控制系統(tǒng)提前開始制動的信號，具有“預見”性，能反應(yīng)偏差信號的變化速率(變化趨勢)，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引進一個有效的早期修正信號，有助于增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時還可以提高系統(tǒng)的快速性。其缺點是系統(tǒng)抗高頻干擾能力差。積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施例積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施3.例積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施4.積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施例積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施5.積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施2.6.3串聯(lián)超前校正一般而言，當控制系統(tǒng)的開環(huán)增益增大到滿足其靜態(tài)性能所要求的數(shù)值時，系統(tǒng)有可能不穩(wěn)定，或者即使能穩(wěn)定，其動態(tài)性能一般也不會理想。在這種情況下，需在系統(tǒng)的前向通路中增加超前校正裝置，以實現(xiàn)在開環(huán)增益不變的前題下，系統(tǒng)的動態(tài)性能亦能滿足設(shè)計的要求。超級校正網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與極點分布如下圖2.6.3.1。圖2.6.3.1超前網(wǎng)絡(luò)積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施

假設(shè)該網(wǎng)絡(luò)信號源的阻抗很小，可以忽略不計，而輸出負載的阻抗為無窮大，則其傳遞函數(shù)為圖2.6.3.2超前網(wǎng)絡(luò)時間常數(shù)分度系數(shù)(a)(b)積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施時間常數(shù)分度系數(shù)(6-1)注：采用無源超前網(wǎng)絡(luò)進行串聯(lián)校正時，整個系統(tǒng)的開環(huán)增益要下降a倍因此需要提高放大器增益加以補償(6-2)圖2.6.3.3帶有附加放大器的無源超前校正網(wǎng)絡(luò)此時的傳遞函數(shù)積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施

超前網(wǎng)絡(luò)的零極點分布故超前網(wǎng)絡(luò)的負實零點總是位于負實極點之右，兩者之間的距離由常數(shù)a決定。由于可知改變a和T(即電路的參數(shù)R1、R2、C)的數(shù)值，超前網(wǎng)絡(luò)的零極點可在s平面的負實軸任意移動。圖2.6.3.4超前網(wǎng)絡(luò)的零點分布積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施

(6-3)(6-4)(6-2)畫出對數(shù)頻率特性如圖2.6.3.5所示。積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施20dB/dec圖2.6.3.6超前網(wǎng)絡(luò)的對數(shù)幅頻和相頻特性圖顯然，超前網(wǎng)絡(luò)的Bode圖在1/aT至1/T之間的輸入信號有明顯的微分作用。從相頻特性圖可以看出，輸出信號相角比輸入信號相角超前，故名超前網(wǎng)絡(luò)。那么，最大相位超前角發(fā)生在什么頻率處？積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施(6-7)(6-5)(6-6)故在最大超前角頻率處具有最大超前角正好處于頻率與的幾何中心的幾何中心為即幾何中心為(6-8)最大超前角頻率求導并令其為零積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施(6-9)但a不能取得太大(為了保證較高的信噪比),a一般不超過20這種超前校正網(wǎng)絡(luò)的最大相位超前角一般不大于65o，如果需要大于65o的相位超前角，則要在兩個超前網(wǎng)絡(luò)相串聯(lián)來實現(xiàn)，并在所串聯(lián)的兩個網(wǎng)絡(luò)之間加一隔離放大器，以消除它們之間的負載效應(yīng)。

（6-2)積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施20dB/dec2.6.3.7積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施串聯(lián)超前校正應(yīng)用積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施例1積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施

根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差或靜態(tài)誤差系數(shù)的要求，確定開環(huán)增益K。

確定開環(huán)增益K后，畫出未校正系統(tǒng)的波特圖，并計算未校正系統(tǒng)的相角裕度

由給定的相位裕量值計算超前校正裝置提供的相位超前量

是用于補償因超前校正裝置的引入，使系統(tǒng)截止頻率增大而增加的相角滯后量。

值通常是這樣估計的：如果未校正系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性在截止頻率處的斜率為-40dB/dec，一般取如果為-60dB/dec則取用頻率法對系統(tǒng)進行串聯(lián)超前校正的一般步驟可歸納為：積分飽和現(xiàn)象與抗積分飽和的措施

計算校正裝置在處的幅值10lga由未校正系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線，求得其幅值為-10lga處的