第六章数字PID算法习题及答案解析.doc

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1、第六章试题一、填空1.在一般工业过程控制系统中常用的经典控制规律是PID控制规律，即比例积分微分控制规律。2.采用类似于模拟调节规律的设计方法来设计数字调节规律的前提条件是采样周期足够短。3.位置式PID调节规律的数学表达式为4.增量式PID调节规律的数学表达式为5.偏差平均型改进PID算法可以提高数字PID控制系统对偏差信号中混入的高频干扰信号的抑制能力。6.数字PID算法参数整定的内容包括比例度、积分时间常数、微分时间常数和控制周期。二、选择1.采用类似于模拟调节规律的设计方法来设计数字调节规律的前提条件是（A

2、）。（A）采样周期足够短（B）采样周期足够长（C）用差分方程代替微分方程（D）先将系统离散化三、判断。1.在利用临界比例度PID参数整定法进行整定时，应使系统工作于开环状态。（×）应使系统工作于闭环状态，以便产生临界振荡。1.在利用临界比例度PID参数整定法进行整定时，应使系统工作于闭环状态。（√）2.在利用衰减曲线PID参数整定法进行整定时，应使系统工作于开环状态。（×）衰减曲线PID参数整定法进行整定时系统应处于闭环工作状态。2.在利用衰减曲线PID参数整定法进行整定时，应使系统工作于闭环状态。（√）33.在利

3、用响应曲线法进行PID参数整定时，应使系统工作于开环状态。（√）3.在利用响应曲线法进行PID参数整定时，应使系统工作于闭环状态。（×）系统应处于开环。4.所谓积分饱和指的是数字PID算法中，积分项的运算结果超出了计算机对数据的表示能力。（×）所谓积分饱和是指积分值超过执行机构所能接受的最大模拟信号所对应的数字值，而不是计算机能表达的最大数。5.所谓积分饱和指的是数字PID算法中，由于积分的不断进行，使得控制值超出了控制输出的最大模拟信号对应的数字值。（√）四、简答1.什么是控制规律？所谓控制规律就是调节器的输出与

4、偏差输入间的函数关系。对于同一控制系统中，不同的控制规律所产生的控制效果是不同的。2.简述PID调节规律的含义并说明各控制作用的功能。PID调节规律就是比例积分微分调节规律，是由比例（P）、积分（I）和微分（D）三种控制组成的。其中，比例控制的作用是较快降低偏差，微分控制的作用是抑制快速变化的偏差而积分控制的作用是最终消除偏差。3.写出位置式PID调节规律的数学表达式，并说明其特点。4.写出增量式PID调节规律的数学表达式，并说明该算法对执行机构的要求。如果使用位置式输入的执行机构，应采取什么措施？写出增量式PID

5、调节规律的数学表达式为：由于算法的输出为增量，即本次输出是上一时刻控制输出的增量值，因此要求执行机构具备累加功能。如果使用位置式输入的执行机构，因为他不能进行累加，所以控制动作极其微小，不能获得应有的控制效果。必须在计算机内部实现累加后，将累加结果送出到位置式执行机构。累加的算式为：5.什么是积分饱和？如何克服？6.采用什么算法可以提高数字PID控制系统对偏差信号中混入的高频干扰信号的抑制能力？采用偏差平均算法可以提高数字PID控制系统对偏差信号中混入的高频干扰信号的抑制能力。7.简述4:1衰减振荡PID参数整定方

6、法的步骤。4:1衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间TI放在最大，而将微分时间TD放在最小，比例度放在适当的数值，然后使比例度δ由大到小逐渐改变，直到调节出当过渡过程呈现出4:1衰减振荡，此时的比例度为δs，振荡周期为Ts。根据经验公式算出采用不同类型的控制器使过渡过程出现4:1振荡的控制器参数值。放好控制器参数以后，应再加一次阶跃干扰验证系统过渡过程是否为4:1衰减曲线，如果不符合要求，应适当调整比例度，直到获得满意的性能指标。8.选择数字PID采样周期时主要考虑哪几个因素。控制周期的选取应与PID控制

7、参数的整定综合考虑。选取控制周期时，一般应考虑下列几个因素：（1）控制周期应远小于被控对象的扰动信号的周期。（2）控制周期应比被控对象的时间常数小得多，否则无法反映瞬变过程。（3）考虑执行器的响应速度。如果执行器的响应速度比较慢，那么过短的控制周期将失去意义。（4）对象所要求的调节品质。在计算机运算速度允许的情况下，控制周期短调节品质好。（5）性能价格比。从控制性能来考虑，希望控制周期短。但计算机运算速度，以及A/D和D/A的转换速度要相应地提高，导致计算机的费用增加。（6）计算机所承担的工作量。如果控制的回路数多

8、，计算量大，则控制周期要加长；反之，可以缩短。9.积分分离型改进PID算法的目的是什么？简要说明其工作原理。积分分离型改进PID算法的目的是在干扰作用出现之初，避免过强的积分导致积分饱和。其原理就是设定一个限值，当偏差大于该值时，切除积分作用，避免产生积分饱和，当偏差小于或等于该值时，恢复积分作用，消除系统余差。10.什么积分饱和现象？抗积分饱和的改进PID