数字PID控制算法ppt课件.ppt

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1、第四章直接数字控制及其算法4.1PID调节4.2PID算法的数字实现4.3PID算法的几种发展4.4PID参数的整定4.5大林算法4.1PID调节4.1.1PID调节器的优点4.1.2PID调节器的作用返回本章首页4.1.1PID调节器的优点PID调节器之所以经久不衰，主要有以下优点。1.技术成熟2.易被人们熟悉和掌握3.不需要建立数学模型4.控制效果好返回本节4.1.2PID调节器的作用1.比例调节器2.比例积分调节器3.比例微分调节器4.比例积分微分调节器1.比例调节器1.比例调节器比例调节器的微分方程为：y=KPe(t)（4-1）式中：y为调节器输出；Kp为比例系数

2、；e(t)为调节器输入偏差。由上式可以看出，调节器的输出与输入偏差成正比。因此，只要偏差出现，就能及时地产生与之成比例的调节作用，具有调节及时的特点。比例调节器的特性曲线，如图4-1所示。图4-1阶跃响应特性曲线2.比例积分调节器2.比例积分调节器所谓积分作用是指调节器的输出与输入偏差的积分成比例的作用。积分方程为：式中：TI是积分时间常数，它表示积分速度的大小，TI越大，积分速度越慢，积分作用越弱。积分作用的响应特性曲线，如图4-2所示。图4-2积分作用响应曲线若将比例和积分两种作用结合起来，就构成PI调节器，调节规律为：PI调节器的输出特性曲线如图4-3所示。图4-3

3、PI调节器的输出特性曲线3.比例微分调节器微分调节器的微分方程为：微分作用响应曲线如图4-4所示。PD调节器的阶跃响应曲线如图4-5所示。4.比例积分微分调节器为了进一步改善调节品质，往往把比例、积分、微分三种作用组合起来，形成PID调节器。理想的PID微分方程为：图4-6PID调节器对阶跃响应特性曲线返回本节4.2PID算法的数字实现4.2.1PID控制算式的数字化4.2.2PID算法程序设计返回本章首页4.2.1PID控制算式的数字化由公式（4-5）可知，在模拟调节系统中，PID控制算法的模拟表达式为：式中：y(t)——调节器的输出信号；e(t)——调节器的偏差信号，

4、它等于给定值与测量值之差；KP——调节器的比例系数；TI——调节器的积分时间；TD——调节器的微分时间。增量式PID算法只需保持当前时刻以前三个时刻的误差即可。它与位置式PID相比，有下列优点：（1）位置式PID算法每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去误差的累加值，因此，容易产生较大的累积计算误差。而增量式PID只需计算增量，计算误差或精度不足时对控制量的计算影响较小。（2）控制从手动切换到自动时，位置式PID算法必须先将计算机的输出值置为原始阀门开时，才能保证无冲击切换。若采用增量算法，与原始值无关，易于实现手动到自动的无冲击切换。返回本节4.2.2PID算法

5、程序设计在许多控制系统中，执行机构需要的是控制变量的绝对值而不是其增量，这时仍可采用增量式计算，但输出则采用位置式的输出形式。由变换式（4-12）可得：现以式（4-14）进行编程。参数内存分配如图4-7所示，流程图如图4-8所示。图4-7参数内部RAM分配图图4-8PID位置式算法流程图根据图4-7流程图编写的程序清单如下：PID：MOVR5，31H；取wMOVR4，32HMOVR3，#00H；取u(n)MOVR2，2AHACALLCPL1；取u(n)的补码ACALLDSUM；计算e(n)=w-u(n)MOV39H，R7；存e（n）MOV3AH，R6MOVR5，35H；取

6、IMOVR4，36HMOVR0，#4AH；R0存放乘积高位字节地址指针ACALLMULT1；计算PI=I×e(n)MOVR5，39H；取e(n）MOVR4，3AHMOVR3，3BH；取e(n-1)MOVR2，3CHACALLCPL1；求e(n-1)的补码ACALLDSUM；求PP=Δe(n)=e(n)-e(n-1)MOVA，R7MOVR5，A；存Δe(n)MOVA，R6MOVR4，AMOVR3，4BH；取PIMOVR2，4AHACALLDSUM；求PI+PPMOV4BH，R7；存(PI+PP)MOV4AH，R6MOVR5，39H；取e(n)MOVR4，3AHMOVR3，3

7、DH；取e(n-2）MOVR2，3EHACALLDSUM；计算e(n)+e(n-2)MOVA，R7；存(e(n)+e(n-2))MOVR5，AMOVA，R6MOVR4，AMOVR3，3BH；取e(n-1)MOVR2，3CHACALLCPL1；求e(n-1)的补码ACALLDSUM；计算e(n)+e(n-2)-e(n-1)MOVA，R7；存和MOVR5，AMOVA，R6MOVR4，AMOVR3，3BH；取e(n-1)MOVR2，3CHACALLCPL1；求e(n-1)的补码ACALLDSUM；计算e(n)+e(n-2)-2e(n