微型计算机控制技术第6章习题答案.docx

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1、KP,TI,TD对系统调6-1数字控制器与模拟调节器相比较有什么优点?答:1、一机多用。由于计算机运行速度快,而被控对象变化一般都比较缓慢,因此,可以用一台计算机控制几个到十几个,甚至几十个回路,从而可大大节省设备造价。2、控制算法灵活,便于在线修改控制方案。使用计算机控制不仅能实现经典的PID控制,而且还可以采用直接数字控制,如大林算法,以及最优控制等。即使采用常用的PID控制,也可以根据系统的需要进行算法的改进,增强控制的效果。3、可靠性高。由于计算机控制算法是用软件编写的一段程序,因此比用硬件

2、组成的控制算法电路具有更高的可靠性,且系统维护简单。4、可改变调节品质,提高产品的产量和质量。由于计算机运行速度快,且计算机控制是严格按照某一特定规律进行的,不会由于人为的因素造成失调,因而使调节品质和产量都大为提高,从而提高了经济效益。5、便于实现控制与管理及通信相结合,使工业企业的自动化程度进一步提高。6、生产安全,改善工人劳动条件。6-2在PID调节器中,比例、积分、微分项各有什么作用?节性能有什么影响?答:1、比例作用即时成比例的对偏差e作出响应,即偏差一旦产生,调节器立即产生成比例的控制作

3、用,以减小偏差;积分调节的目的主要用于消除静差,提高系统的无差度;微分作用在偏差出现或变化的瞬间对偏差量的变化速率作出反应,即按偏差变化的趋势进行控制,使偏差消灭于萌芽状态,加快响应速度。简要概括如下:比例作用是保证调节过程的“稳”,积分作用是保证调节过程的“准”,微分作用是促进调节过程的“快”。2、比例作用的强弱取决于比例系数Kp的大小,增大Kp可以增强比例作用,减小静差,但Kp值过大,会引起调节过程振荡,导致系统不稳定;积分作用的强弱取决于积分时间常数TI,TI越大,积分作用越弱,反之则越强;微

4、分作用的强弱取决于微分时间常数TD,TD越大,微分作用越强,反之则越弱。6-3增量式PID算法与位置式PID算法有何区别?它们各有什么优缺点?1、位置式PID算法是全量输出,每次输出与整个过去状态有关,算式中含k有所有过去偏差的累加值e(jT),容易产生较大的积累误差。而增量式PID算j0法只需计算增量,计算误差对控制量的影响较小。2、增量式PID控制,由于计算机只输出控制增量Δu(k),对应执行机构位置的变化部分,因此,当计算机误动作时,对系统的影响小。3、位置式控制算法中,由手动到自动切换时

5、,必须首先使计算机的输出值等于阀门的原始开度,即u(k-1),才能保证手动/自动无扰动切换,这将给程序设计带来困难。而增量设计只与本次的偏差值有关,与阀门原来的位置无关,因而增量算法易于实现手动/自动无扰动切换。6-4在数字PID中,采样周期是如何确定的?它与哪些因素有关?采样周期的大小对调节品质有何影响?答:根据香农(Shannon)采样定理,采样周期必须满足T,其中maxmax为被采样的连续信号的最高频率。因此香农(Shannon)采样定理给出了选择采样周期的上限。采样周期的选择方法有两种

6、:计算法和经验法。影响采样周期T的因素有:1、加至被控对象的扰动频率:扰动频率愈高,采样频率也应相应提高,即采样周期缩短。2、对象的动态特性:主要是与被控对象的纯滞后时间及时间常数有关。当纯滞后比较显著时,采样周期T与纯滞后时间基本相等。3、数字控制器D(Z)所使用的算式及执行机构的类型:如采用大林算法及应用气动执行机构时,其采样周期比较长,而最快无波纹系统及使用步进电机等时采样周期就比较短。4、控制的回路数:控制的回路越多,则T越大,否则T越小。5、对象要求的控制质量:一般来说,控制精度要求越高,

7、采样周期越短,以减小系统的纯滞后。从理论上讲,采样周期越小,失真越小。但是从控制器本身而言,大都是依靠偏差信号e(k)进行调节计算的。当采样周期T太小时,偏差信号e(k)也会过小,此时计算机将会失去调节作用,采样周期T过长又会引起误差。6-5试述试凑法确定PID参数的方法与步骤。答:凑试法是通过模拟实验或系统闭环运行(允许的条件下)记录观察系统对典型输入信号的响应曲线,如阶跃响应曲线。然后根据控制效果及各参数对系统的控制影响,反复凑试参数,以达到满意的系统响应,从而确定PID控制参数。在使用凑试法确

8、定PID参数时,可参考以上参数对控制过程的影响趋势,对各参数按先比例,后积分,再微分的步骤进行整定。1、首先整定比例部分。即只采用比例控制,将比例系数Kp由小变大,并观察相应的系统响应曲线,直到得到反应快,超调小的响应曲线。如果系统不存在静差,或静差在允许范围之内,并且响应曲线亦理想,那么系统只须采用比例控制。2、其次整定积分部分。若系统存在静差,则需加入积分环节。整定时,先将积分时间常数TI置为一个较大值,并将经第一步整定好的比例系数略为缩小(如缩小到原值的80%)

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