数字PID控制算法之一.ppt

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1、第五章数字PID控制算法之一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PID调节器参数选择PID调节器参数选择AutomaticandManualControlModesAutomaticModeControlleroutput,p(t),dependsone(t),controllerconstants,andtypeofcontrollerused.(PIvs.PIDetc.)ManualModeControlleroutput,p(

2、t),isadjustedmanually.ManualModeisveryusefulwhenunusualconditionsexist:plantstart-upplantshut-downemergenciesPercentageofcontrollers"onmanual”??(30%in2001,Honeywellsurvey)PID调节器参数选择PID整定的理论方法—通过调整PID的三个参数KP、TI、TD，将系统的闭环特征根分布在s域的左半平面的某一特定域内，以保证系统具有足够的稳定裕度并满足给定的性

3、能指标—只有被控对象的数学模型足够精确时，才能把特征根精确地配置在期望的位置上，而大多数实际系统一般无法得到系统的精确模型，因此理论设计的极点配置往往与实际系统不能精确匹配PID调节器参数选择（2）试凑法确定PID调节参数◆通过模拟或闭环运行观察系统的响应曲线，然后根据各环节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数，以达到满意的响应，从而确定PID参数◆Kp增大，系统响应加快，静差减小，但系统振荡增强，稳定性下降；Ti增大，系统超调减小，振荡减弱，但系统静差的消除也随之减慢；Td增大，调节时间减小，快速性增强，系统振荡

4、减弱，稳定性增强，但系统对扰动的抑制能力减弱PID调节器参数选择（3）◆在凑试时，可参考以上参数分析控制过程的影响趋势，对参数进行先比例，后积分，再微分的整定步骤，步骤如下：—整定比例部分—如果仅调节比例调节器参数，系统的静差还达不到设计要求时，则需加入积分环节—若使用比例积分器，能消除静差，但动态过程经反复调整后仍达不到要求，这时可加入微分环节PID调节器参数选择（4）◆常见被控量的PID参数经验选择范围PID调节器参数选择（5）实验经验法确定PID调节参数◆临界比例法自平衡对象,对纯比例调节器，形成闭环,逐渐较小

5、比例度δ(δ=1/kr），直到系统发生持续等幅振荡。纪录发生振荡的临界比例度和周期δr及Tr调节器类型KTiTdP调节器0.5Kr//PI调节器0.45Kr0.85Tr/PID调节器0.6Kr0.5Tr0.12TrPID调节器参数选择（5-2）◆临界比例法--齐格勒—尼柯尔斯Ziegler-NicholsmethodfortuningPIDcontrollerscanbesummarizedasfollows:Settheintegralandderivativegainstozeroandincreasethepr

6、oportionalgainuntilthesystemjustbecomesunstable.DefinethisgaintobeKrandmeasuretheperiodofoscillation,Pr.SetKp=3*Kr/5,Ki=6*Kr/(5*Pr),andKd=3*Kr*Pr/40调节器类型KTiTdP调节器0.5Kr//PI调节器0.45Kr0.85Tr/PID调节器0.6Kr0.5Tr0.12TrPID调节器参数选择（5）实验经验法确定PID调节参数◆方法1:扩充临界比例法－对模拟调节器中使用的临界

7、比例度法的扩充和推广－整定数字控制器参数的步骤：①选择短的采样频率：一般选择被控对象纯滞后时间的十分之一②去掉积分与微分作用，逐渐较小比例度δ(δ=1/kr），直到系统发生持续等幅振荡。纪录发生振荡的临界比例度和周期δr及TrPID调节器参数选择（6）③选择控制度—控制度的定义：以模拟调节器为基准，将数字PID的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较，采用误差平方积分表示：—控制度的指标含意：控制度=1.05，数字PID与模拟控制效果相当；控制度=2.0，数字PID比模拟调节器的效果差PID调节器参数选择（7）④根据选

8、定的控制度，查表求得T、Kp、TI、TD的值控制度控制规律TKPTITD1.05PI0.03Tr0.53Kr0.88Tr--PID0.014Tr0.63Kr0.49Tr0.14Tr1.2PI0.05Tr0.49Kr0.91Tr--PID0.043Tr0.47Kr0.47Tr0.16Tr1.5PI0.14Tr0.42Kr0.99Tr--PID0.