微型计算机控制技术第三章ppt培训课件

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1、第3章数字控制器的模拟化设计方法对控制系统的基本要求：稳：（基本要求）要求系统要稳定准：（稳态要求）系统响应达到稳态时，输出跟踪精度要高快：（动态要求）系统阶跃响应的过渡过程、要平稳、快速调节时间ts稳态误差超调量Mp延迟时间tr峰值时间tp3.3数字PID控制器的设计PID意为比例、积分、微分PID控制是按偏差的比例、积分、微分进行控制的调节器；是连续系统中技术成熟，应用最为广泛的一种调节器。实际运行经验及理论分析证明，运用PID调节器在对相当多的工业对象进行控制时能取得满意效果。3.3数字PID控制器的设计3.3.1模拟PID的数字化3.3.2PID

2、控制规律程序设计3.3.1模拟PID的数字化控制对象-+KPKI/sKDsPID控制器D(s)e(t)=r(t)-c(t)+++由于计算机系统是一个采样控制系统，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此必须将其离散化，用离散的差分方程来代替连续系统的微分方程。连续的时间离散化积分用累加求和近似微分用后向一阶差分近似式（3-15）和式（3-16）代入式（3-14），则可得到离散的PID表达式如果采样周期取得足够小，该算式可以很好地逼近模拟PID算式，因而使被控过程与连续控制过程十分接近。上式提供了执行机构的位置u(k)，其输出值与执行机构的位置一一对应，

3、因此，通常把上式称为位置型PID控制算式。如果令有式（3-18）即为离散化的位置式PID控制算法的编程表达式。当进行控制时，KP、KI、KD可先分别求出并放在指定的内存单元中，即可实现u(k)的计算。由式（3-18）可以看出，每次输出与过去的所有状态有关，要想计算，不仅涉及和，其须将历次相加，计算复杂，浪费内存。因此，提出增量式PID控制算法依照式（3-17），对于第次采样有（3-17）两边对应减去式（3-19），得（3-17）两边对应减去式（3-19），得整理得上式中令式（3-20）可化为式（3-21）即为PID位置式算式的递推形式，是编程时常采用的形

4、式之一。式（3-21）也可写为位置式PID位置式PID控制算法+-r(k)c(k)e(k)u(k)对象△u(k)增量式PID增量式PID控制算法+-r(k)c(k)e(k)对象u(k)步进电机PID增量式控制算法式(3-22)和PID位置递推算法式(3-21)在本质上是一样的，但增量式算法具有以下优点：（1）由于计算机只输出控制增量，所以误动作时影响小，且必要时可用逻辑判断的方法去掉，对系统安全运行有利。（2）不产生积分失控，所以容易获得较好的调节品质。（3）手动——自动切换时冲击比较小。3.3.2PID控制规律程序设计其中a0、a1、a2可以事先算出，

5、程序框图如下图所示。位置式PID控制算法程序框图开始取出给定值和反馈值求出调节偏差结束从各存储单元中取出各参数分别计算：取出，计算并输出更新参数：3.4数字PID控制算法的改进前面介绍的PID控制器，其控制效果并不理想。为了改善控制质量，不同被控对象，可以对PID基本算法做些改进，以提高调节品质。数字PID控制器的饱和作用及其抑制积分整量化误差及其防止方法不完全微分的PID算法纯滞后的补偿算法带死区的PID控制3.4数字PID控制算法的改进3.4.1数字PID控制器的饱和作用及其抑制3.4.3不完全微分的PID算法3.4.1数字PID控制器的饱和作用及其

6、抑制在实际控制过程中，数字PID控制器的输出（即控制量）因受到执行元件机械和物理性能的约束而限制在有限范围内，即。如果控制量在上述范围内，那么控制可以按预期的结果进行。一旦超出上述范围，例如超出最大阀门开度或进入执行元件的饱和区，那么实际执行的控制量就不再是计算值，由此将引起不期望的效应，这类效应通常称为饱和效应。在PID控制算法中，“饱和作用”主要是由积分项引起的，故称为“积分饱和”。为了克服积分饱和作用，一些文献资料中已提出了许多有效的修正算法．这里简要介绍两种方法：遇限削弱积分法和积分分离法。（1）遇限削弱积分法基本思想：一旦控制量进入饱和区，将只

7、执行削弱积分项的运算而停止进行增大（或减小）积分项的运算。在PID增量算法中，由于执行元件本身是积分单元，在算法中不出现累加和式。所以不会发生位置算法那样的累积效应，这样就直接避免了导致大幅度超调的积分饱和效应。遇限削弱积分法它在计算u(k)时，先判断u(k-1)是否超过umax或umin，若超过umax，则只累计负偏差；若小于umin，则只累计正偏差。这种方法可减小系统处于饱和区的时间。计算偏差e(k)计算式（3-16）的比例项和微分项e(k)>0？NY计算积分项比例、积分、微分项相加，输出值u(k)YNu(k－1)≥umax？u(k－1)≤umin？

8、e(k)<0？YYNNc(t)u(t)umaxr(t)e>0积分不积累e<0积分