PID及模糊控制算法.ppt

《PID及模糊控制算法.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第3章智能汽车设计基础—软件第3章智能汽车设计基础—软件在智能车系统的设计中，硬件是基础，没有一个好的硬件平台，软件就无法运行。对于智能车系统来说，软件的核心是控制算法。而完成这些任务的编程语言有汇编语言和C语言。软件部分是整个智能车系统的灵魂，在硬件方面各参赛队之间大同小异，真正体现各参赛队智能车的优势和最后决定比赛成绩好坏的往往是软件部分，尤其是核心控制算法的设计。本章首先简要介绍软件编程中使用的汇编语言和C语言各自的特点，然后重点介绍核心控制算法的原理。3.1编程语言简介13.2控制算法2思考题

2、3第3章智能汽车设计基础—软件3.1编程语言简介汇编语言是用符号指令书写程序的语言，是依赖于硬件平台的语言，对于不同架构的CPU都会有相应的汇编指令。汇编语言可以直接操作CPU内部的寄存器以及各种外围设备，对于单片机启动开始运行或者对于时序要求严格的I/O操作必须采用汇编语言编写，在启动开始运行时汇编语言创建系统的运行环境。C语言的特点就是可以使程序员尽量少地对硬件进行操作，具有很强的功能性、结构性和可移植性。由于C语言具有语言简洁、紧凑，使用灵活、方便，运算符和数据类型丰富，可以直接访问物理地址，进

3、行位操作，能实现汇编语言的大部分功能，可以直接对硬件进行操作，因此C语言既具有高级语言的功能，又具有汇编语言的功能，对于编写与硬件相关的应用程序而言具有明显的优势。3.1编程语言简介在绝大多数场合，采用C语言编程即可完成预期的目的，但是对实时时钟系统、要求执行效率高的系统就不适合采用C语言编程，对这些特殊情况进行编程时要结合汇编语言。汇编语言具有直接和硬件打道、执行代码的效率高等特点，可以做到C语言所不能做到的一些事情，例如对时钟要求很严格时，使用汇编语言便成了唯一的选择。这种混合编程的方法将C语言和

4、汇编语言的优点结合起来，已经成为目前单片机开发最流行的编程方法。关于编程语言的详细介绍可参阅相关书籍。3.2控制算法13.2.1PID控制算法23.2.2模糊控制算法33.2.3其它智能控制算法3.2.1PID控制算法PID（ProportionalIntegralDifferential）控制是比例、积分、微分控制的简称。在自动控制领域中，PID控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。PID控制器的原理是根据系统的被调量实测值与设定值之间的偏差，利用偏差的比例、积分、微分三个环节的不同组合计算出对

5、广义被控对象的控制量。图3.1是常规PID控制系统的原理框图。3.2.1PID控制算法图3.1常规PID控制系统原理框图3.2.1PID控制算法其中虚线框内的部分是PID控制器，其输入为设定值与被调量实测值构成的控制偏差信号：(3.1)其输出为该偏差信号的比例、积分、微分的线性组合，也即PID控制律：(3.2)式中，为比例系数；为积分时间常数；为微分时间常数。3.2.1PID控制算法根据被控对象动态特性和控制要求的不同，式(3.2)中还可以只包含比例和积分的PI调节或者只包含比例微分的PD调节。下面主

6、要讨论PID控制的特点及其对控制过程的影响、数字PID控制策略的实现和改进，以及数字PID控制系统的设计和控制参数的整定等问题。3.2.1PID控制算法1．PID控制规律的特点（1）比例控制器比例控制器是最简单的控制器，其控制规律为(3.3)式中，Kp为比例系数；为控制量的初值，也就是在启动控制系统时的控制量。图3.2所示是比例控制器对单位阶跃输入的阶跃响应。由图3.2可以看到，比例控制器对于偏差是及时反应的，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用使被控量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例

7、系数Kp。3.2.1PID控制算法图3.2比例控制器的阶跃响应3.2.1PID控制算法比例控制器虽然简单快速，但对于具有自平衡性（即系统阶跃响应终值为一有限值）的被控对象存在静差。加大比例系数Kp虽然可以减小静差，但当Kp过大时，动态性能会变差，会引起被控量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。3.2.1PID控制算法（2）比例积分控制器为了消除在比例控制中存在的静差，可在比例控制的基础上加上积分控制作用，构成比例积分PI控制器，其控制规律为(3.4)式中，称为积分时间。图3.3所示为PI控制器对单位阶跃输入

8、的阶跃响应。3.2.1PID控制算法PI控制器对偏差的作用有两个部分：一个是按比例部分的成分，另一个是带有累积的成分（即呈一定斜率变化的部分），这就是积分控制部分的作用。只要偏差存在，积分将起作用，将偏差累计，并对控制量产生影响，即偏差减小，直至偏差为零，积分作用才会停止。因此，加入积分环节将有助于消除系统的静差，改善系统的稳态性能。3.2.1PID控制算法图3.3PI控制器的阶跃响应3.2.1PID控制算法显然，如果积分时间太大，则积分作用减弱，反之则