第5章 数字pid控制算法二

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1、第五章数字PID控制算法之二杨根科上海交通大学自动化系2005年9月内容提要概述准连续PID控制算法对标准PID算法的改进PID调节器的参数选择小结对标准PID算法的改进积分饱和作用及其抑制◆积分饱和：如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差，由于积分的作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行结构已无相应的动作，控制信号则进入深度饱和区。◆影响：饱和引起输出超调，甚至产生震荡，使系统不稳定。◆改进方法：遇限削弱积分法、积分分离法、有限偏差法对标准PID算法的改进（2）◆遇限削弱

2、积分法—基本思想：一旦控制量进入饱和区，则停止进行增大积分的运算。对标准PID算法的改进（3）◆积分分离法—思路：当被控量和给定值偏差大时，取消积分控制，以免超调量过大；当被控量和给定值接近时，积分控制投入，消除静差。对标准PID算法的改进（4）◆有效偏差法—思路：当算出的控制量超出限制范围时，将相应的这一控制量的偏差值作为有效偏差值进行积分，而不是将实际偏差值进行积分。对标准PID算法的改进（5）比例及微分饱和作用：◆对于增量式PID算法，由于执行机构本身是存储元件，在算法中没有积分累积，所以不容易产生积

3、分饱和现象，但可能出现比例和微分饱和现象，其表现形式不是超调，而是减慢动态过程对标准PID算法的改进（6）◆纠正比例和微分饱和的办法之一是采用积累补偿法，其基本思想是将那些因饱和而未能执行的增量信息积累起来，一旦可能时，再补充执行对标准PID算法的改进（7）◆纠正比例和微分饱和的另一种办法是采用不完全微分，即将过大的控制输出分几次执行，以避免出现饱和现象对标准PID算法的改进（8）干扰的抑制◆从系统硬件及环境方面采取措施◆在控制算法上采取措施★数字滤波方法★修改微分项对标准PID算法的改进（9）◆数字滤波方

4、法★通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重，也即是一种程序滤波或软件滤波★优点—用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好—可以对频率很低(如0.01Hz)的信号实现滤波—可根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点对标准PID算法的改进（10）★程序判断滤波—方法：根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现的最大偏差。若超过此偏差，则表明该信号是干扰信号，应该去掉；如小于此偏差，则将该信号作为本次的采样值—作用：用于滤掉由于大功率设备的启停所造

5、成的电流尖峰干扰或误检测，以及变送器不稳定而引起的严重失真等—程序判断滤波分为限幅滤波和限速滤波两种对标准PID算法的改进（11）（1）限幅滤波若

6、Y(k)-Y(k-1)

7、≤⊿Y，则(k)=Y(k)，取本次采样值若

8、Y(k)-Y(k-1)

9、>⊿Y，则Y(k)=Y(k-1)，取上次采样值（2）限速滤波设顺序采样所得到的数据分别为Y(1)、Y(2)、Y(3)当

10、Y(2)-Y(1)

11、≤⊿Y时，采用Y(2)当

12、Y(2)-Y(1)

13、>⊿Y时，不采用Y(2)，但保留，继续采样取得Y(3)当

14、Y(3)-Y(2)

15、≤⊿Y时

16、，采用Y(3)当

17、Y(2)-Y(1)

18、>⊿Y时，取(Y(3)+Y(2))/2为采样值对标准PID算法的改进（12）★中值滤波—方法：将被测参数连续采样N次（一般N为奇数），然后把采样值按大小顺序排列，再取中间值作为本次的采样值—作用：中值滤波能有效地去除偶然因素引起的波动，采样开关或A/D转换器等工作不稳定造成的脉冲干扰，对变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果，但不适合快速变化的过程参数对标准PID算法的改进（13）★算术平均滤波—方法：在一个采样期内，对信号x的N次测量值进行算术平均，作为时刻k的输出，即—

19、作用：适用于一般的具有随机干扰信号的滤波，特别适合于信号本身在某一数值范围附近作上下波动的情况，如流量、液位等信号的测量，但不适用脉冲性干扰较严重的场合对标准PID算法的改进（14）★加权平均滤波—为了提高滤波效果，将各采样值取不同的比例，然后再相加，此方法称为加权平均值法，即：—加权平均滤波适用于系统纯滞后时间较大而采样周期较短的过程并且对标准PID算法的改进（15）★滑动平均值滤波—算术平均滤波和加权平均滤波由于采样N次，需要的时间较长，故检测速度慢，滑动平均值滤波可以克服这个缺点—依次存放N次采

20、样值，每采进一个新数据，就将最早采集的那个数据丢掉，然后求包含新值在内的N个数据的算术平均值或加权平均值对标准PID算法的改进（16）★惯性滤波—仿照模拟滤波器，用数字形式实现低通滤波一阶RC滤波器的传递函数为离散化后整理为其中其中X(k)为采样值，Y(k)为滤波器的计算输出值对标准PID算法的改进（17）★复合数字滤波—把两种以上的滤波方法结合起来使用—把中值滤波的思想与算术平均的方法结合起来，就是一种常用的复