最新PID控制ppt课件.ppt

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1、PID控制4、计算机控制的任务就是设计一个数字调节器，常用以下控制方法：（1）程序和顺序控制（2）比例—积分—微分控制（简称PID控制）（3）直接数字控制（4）最优控制（生产管理及生产过程始终处于最佳工作状态，亦叫自适应控制。）（5）模糊控制（把设计者的控制决策（目标）用模糊规则加以描述，即可实现模糊控制。）5.PID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.控制效果好比例调节器的调节特点KP越大，调节作用越强，动态特性越好，但是KP太大，

2、会引起自激震荡。存在静差，对于扰动较大，且惯性也较大的系统，若单纯用比例调节，很难兼顾动态和静态特性。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3-2所示。图3-2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3-3所示。图3-3PI调节器的输出特性曲线比例积分调节器的特点只要有偏差存在，积分调节

3、器就不断地起作用，直至消除静差，使系统达到稳定状态。增大积分增益KI有利于减小超调，减小稳态误差，但是系统稳态误差消除时间变长。PI调节器结合比例调节的快速性和积分调节消除静差的特性，改善系统的特性。实际中应用最为广泛。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3-4所示。图3-4微分作用响应曲线PD调节器的阶跃响应曲线如图3-5所示。图3-5PD调节器的阶跃响应曲线比例微分调节器的特点根据偏差变化的速度，提前给出较大的调节作用，使偏差尽快消除。可大大减小系统的动态偏差及调节时间，改善系统的动

4、态品质。输出只能反应偏差输入变化的速度，对于固定不变得偏差，不会有作用。增大微分增益KD有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱。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3-6PID调节器对阶跃响应特性曲线图3-6PID调节器调节特性曲线PID调节规律的特点PID调节器在阶跃信号作用下，首先是比例，微分调节，使其调节作用加强，然后再进行积分调节，最后消除静差为止。PID调节器无论从静

5、差，还是动态特性的角度看，调节品质均得到了改善，应用最为广泛。观察系统开环响应，确定待改进之处；加入比例环节缩短系统响应时间；加入积分控制减小系统的稳态误差；加入微分环节改善系统的超调量；调节KP，KI，KD，使系统的响应达到最优。PID控制器设计的一般原则3.3数字PID控制算法在模拟调节系统中，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，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。（1）对式（1）进

6、行离散化处理，用数字形式的差分方程代替连续系统的微分方程，则积分项和微分项可用求和及增量式表示：t=kT离散系统的PID算法表达式(2)(3)（1）位置型PID控制算式将式（2）和式（3）代入式（1），则可得离散的PID表达式式中Δt=T----采样周期，必须使T足够小；k----采样序号，k=0，1，2….E（k）、E(k-1)----第k次和第（k-1）次采样时的偏差值u（k）----第k次采样时调节器的输出由于式（4）的输出值与阀门开度的位置一一对应，因此，通常把式（4）称为位置型PID控制算式。(4)位置

7、型PID控制的不足：每次输出均与过去的状态有关，计算时要对e(k)累加，计算机的运算工作量大。U(k)对应着执行机构实际位置，如果计算机出现故障，U(k)大幅度变化引起执行机构位置大幅度变化，造成生产事故。因而产生了增量式PID。位置PID流程图（见黑板）（2）增量型PID控制算式式（4）不仅计算繁琐，而且为保存E（k）要占用很多内存。因此，用该式直接进行控制很不方便。做如下改动，根据递推原理，可写出（k-1）次的PID输出表达式：用式（4）减去式（5），可得：（6）式中KI=KPT/TI----积分系数KD=K

8、PTD/T----微分系数（5）由（6）可知，要计算k次输出值u（k），只需知道u（k-1），E（k-1），E（k-2）即可。在很多控制系统中，控制机构采用的是步进电机或多圈电位器，所以只要给出一个增量信号即可。式（4）与式（5）相减得：（7）式中KP、KD同式（6）。式（7）叫增量型PID控制算式。增量型PID流程图（见黑板）计算机实现PID控制原理图增量型PID控制的