计算机控制技术课程讲义.ppt

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1、7.3PID算法的改进一、积分饱和现象及抑制：1、积分饱和的产生：执行机构所能执行的控制信号是有范围的。我们可设：xmax为执行机构所能执行的最大输出控制值xmin为执行机构所能执行的最小输出控制值例如一个阀门开度为0%~100%,对应输出量为0~100则：Xmax=100,Xmin=0,对于x>Xmax的数值，阀门只能取100%，而对于xXmax,或者x

2、稳态条件下，e=0或较小，计算出的x不易出现饱和。(2)、系统受扰动使e较大并存在较长时间时，xp增大但不累加。xi增大并累加增长迅速，xd表现为脉冲响应。例如，当给定值变化而使e发生阶跃变化时，xp,xi,xd的影响为：(设Ki=Ti=Td=T=1,e不变化)aexpttaxdat2计算机控制技术课程讲义由此可见，x的增大主要是由xi产生的。若e存在较长时间，就会出现xi>xmax，称之为积分饱和。输出饱和主要是在存在较大偏差条件下由积分饱和产生的。xita3计算机控制技术课程讲义2、饱和输出的危害：由于饱和的存在，使执行机构不能实现理

3、想计算值所代表的意义，而使控制算法误以为输出还不够强，因而继续加大（或减少）输出值，使系统进入更深的饱和不容易退出，导致控制系统性能严重下降。3、抑制积分饱和的方法：(1)积分分离算法：只在e较小时才运行积分算法(2)遇限削弱积分法：思想是在出现饱和时，新的积分结果有削弱饱和的作用时才将其加入输出值中，否则舍去本次积分结果。4计算机控制技术课程讲义流程图判断xk-1ek<0ek>0求ekxmin=xmax5计算机控制技术

4、课程讲义(3)输出限值法：限制输出值不进入饱和区6计算机控制技术课程讲义二、微分项的干扰措施干扰信号呈现出较大的变化率，而直接导致微分项取值的变化，从而影响控制系统的稳定。抑制方法：1.四点中心差分法：改进微分项的结构，以减少干扰的影响。将差分ek-ek-1改为过去四个时刻偏差的平均和形式。7计算机控制技术课程讲义图解表示①为最近四点平均值，其时间点也平均计算②用四个差分的平均值代替原来一个差分eekek-3ek-1ek-21.5T0.5Tt8计算机控制技术课程讲义2.不完全微分法：不在一个周期内完成微分，而将其分散在多个周期中，并按指数

5、规律衰减为此，引入微分增益常数Ks9计算机控制技术课程讲义可见，①因Ts>T，原(ek-ek-1)的作用减小;②因α的存在，本次微分与上次相关。tTxd0效果图：10计算机控制技术课程讲义三、PID算法的其他改进1、带死区的PID：对于控制精度要求较低，并且不希望执行机构频繁动作的情况下，可使用带死区的PID算法11计算机控制技术课程讲义2、微分先行算法：对于设定值经常变化的系统，对设定值的阶跃反应最敏感的是微分项(xd).若要求输出x的值能平稳地变化时，可将微分项中设定值的因素去除。12计算机控制技术课程讲义在方块图中可表示为：D先于P

6、I进行运算，所以称之为微分先行算法，也是微分项的抗干扰措施之一。PI对象DRexC—13计算机控制技术课程讲义7.4PID控制程序设计一、数制选择：由于e的数值较小，运算较复杂，中间结果多，所以定点运算易损失精度，一般采用浮点运算。二、输出限幅1、位置限幅：即：当x>xmax时，x=xmax当x

7、效位长度有限而被忽略，产生了积分整量化误差。例：某计算机浮点运算相当于5位十进制有效位，若此时：xi=.001,而xp+xd=100则：x=xp+xi+xd=100.001取5位有效位：100.00解决方法是对xi进行单独累加为∑xi，而后将∑xi再加到输出控制值X中。15计算机控制技术课程讲义四、简化运算：由“5乘5加”简化为“3乘2加”16计算机控制技术课程讲义7.5PID参数的整定控制系统要求稳定性好，调节迅速，误差小。但是同时满足这诸方面要求又是难于做到的，因此通过折中，选择衰减度为1/4的过渡过程为最佳控制。最佳控制过程的单位阶

8、跃响应曲线为：11/4et为使PID控制达到最佳控制，必须调整好Kp,Ti,Td等各项系数，称之为PID参数整定17计算机控制技术课程讲义一、理论分析法通过求解、分析、输入、输出，PID的传递