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文档简介

1 第四章数字PID控制器的设计与实现 计算机控制系统的典型结构 两种基本的设计方法 离散化设计方法模拟化设计方法 2 4 1数字PID控制算法 PID控制的优点 简单性 直观 鲁棒性 灵活性 PID控制的本质是一个二阶线性控制器 3 4 1 1模拟PID调节规律的离散化 模拟PID控制系统框图 PID控制器的微分方程和传递函数形式为 4 式中各物理量的含义 5 将微分方程进行离散化 若设采样周期为T 初始时刻为0 则控制律的离散形式为这种直接形式的控制律的缺点是占用大量内存 两种实际的PID控制器形式 1 位置式 2 增量式 6 两种形式的比较 两种形式的示意图为 两者的主要差别是 由谁来完成控制量的累加 位置式中由控制器进行累加 直接计算控制量增量式中由执行机构进行累加 优点是 误动作时影响小 手动 自动切换冲击小 没有累计误差 7 4 1 2数字PID控制器算法的改进 1 带有死区的PID控制在控制精度要求不高的场合 能减少由于频繁动作引起的振荡和能量消耗 控制算式和传递特性图分别为 8 数字PID控制器算法的改进 续 2 PID位置算法中积分饱和的抑制在系统偏差较大时 控制PID算法中积分项的作用 减少由于积分饱和引起的振荡和超调 1 积分分离的PID控制 9 数字PID控制器算法的改进 续 2 遇限削弱积分法在实际控制中 控制量的大小总是受到执行机构的限制 而被限定在一定的范围内 因此该方法以此来决定是否引入积分控制和控制的方向 10 数字PID控制器算法的改进 续 3 PID增量算法中比例和微分饱和的抑制控制偏差过大时 比例和微分饱和会使控制量超出实际范围 超出部分将不被执行 影响系统的动态性能 因此 实际操作中将超出部分存储累积 而当控制量在有效范围内时再将存储部分加入 达到补偿的效果 4 修改微分项为了消除给定变化的冲击 在计算微分项时忽略给定变化的影响 即认为给定值不变 11 4 1 3带一阶延迟滤波器的数字PID控制器算法 为了抗高频干扰 数字控制系统中一般需要加入一阶延迟滤波器 也叫微分限制环节 其传递函数和对应的差分方程为 12 4 1 3带一阶延迟滤波器的数字PID控制器算法 续 加入了一阶延迟滤波器后的PID控制器传递函数为 其中去掉滤波环节后的部分为典型的PID形式 13 4 1 3带一阶延迟滤波器的数字PID控制器算法 续 将整个系统分解成几个部分各部分的差分形式为 微分部分 积分部分 比例部分 14 4 2数字PID控制器的程序实现 经过整理 化简后的控制律为 un un 1 K a0en a1en 1 a2en 2 4 2 1程序编制4 2 2数据运算数的处理小数的处理正负数运算 利用补码进行计算 乘法运算 15 4 2 3数字滤波器 干扰的种类 慢随机干扰 电源频率 工业干扰 对象模型变化
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