PID控制及在汽车上的应用

1、2021/3/10讲解：XX1 -PID控制及其在 车辆上的应用 2021/3/10讲解：XX2 PID控制及起在车辆上的应用 PID控制简介 比例(P)控制规律 积分(I)控制规律 比例积分(PI)控制规律 比例微分(PD)控制规律 比例积分微分(PID)控制规律 在汽车方面的应用 2021/3/10讲解：XX3 PID控制简介 nPID( Proportional Integral Derivative)控制 是最早发展起来的控制策略之一，由于其 算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛 应用于工业过程控制，尤其适用于可建立 精确数学模型的确定性控制系统。 n从信号变换的角度而言，超前校正、滞

2、后 校正、滞后超前校正可以总结为比例、 积分、微分三种运算及其组合。 2021/3/10讲解：XX4 比例控制规律 具有比例控制规律的控制器称为比例(P)控制器,其传 递函数为: PSCKG)( 这表明,P控制器的输入信号成比例地反映输出信号。 优点:它的作用是调整系统的开环比例系数，提高系统的 稳态精度，减低系统的惰性，加快响应速度。 缺点:仅用P控制器,过大的开环比例系数不仅会使系统的 超调量增大,而且会使系统稳定裕度变小,甚至不稳定。 2021/3/10讲解：XX5 比例控制规律 1 1 1 11 )( s K T K K KT K G p p p ps p S 系统的闭环传递函数： 1

3、 1 Ts )(ty )(tr PK 带有P控制器的反馈控制系统: 2021/3/10讲解：XX6 积分控制规律 具有积分控制规律的控制器称为积分(I)控制 器,其传递函数为: sT sG i c 1 )( 在控制系统中,采用积分控制器可以提高 系统的型别,消除或减小稳态误差,使系统 的稳态性能得到改善。 输出信号和输入信号的关系： de T tu t i 0 )( 1 )( 2021/3/10讲解：XX7 积分控制规律 优点：积分控制器的输出是反映的输入信 号的积累，因此可以用来消除稳态误差。 带控制器的系统输入输出示意图 2021/3/10讲解：XX8 积分控制规律 缺点：积分控制器的加入

4、会影响系统的稳 定性，使系统的稳定裕度减小。 带有I控制器的反馈控制系统: ) 1(Tss K )(ty )(tr sTi 1 2021/3/10讲解：XX9 PI控制规律 PI控制的传递函数： sT KsG i pc 1 1)( PI控制器不但保持了积分控制器消除稳态误差的 “记忆功能”，而且克服了单独使用积分控制消 除误差时反应不灵敏的缺点 输出信号和输入信号的关系： de T K teKtu t i p p 0 )()()( 2021/3/10讲解：XX10 PI控制规律 三种控制作用的对比曲线 2021/3/10讲解：XX11 PD控制规律 PD控制的传递函数： 输出信号和输入信号的关

5、系： sTKsG dpc 1)( PD控制只在动态过程中才起作用，对恒定稳态情 况起阻断作用。因此，微分控制在任何情况下都 不能单独使用。 dt tde TteKtu dp )( )()( 2021/3/10讲解：XX12 PD控制规律 n微分控制使得 系统的响应速 度变快，超调 减小，振荡减 轻。这就是微 分系统对动态 过程的“预测” 作用 三种控制作用的对比曲线 2021/3/10讲解：XX13 PID控制规律 PID控制的传递函数： sT sT KsG d i pc 1 1)( 输出信号和输入信号的关系： dt tde Tde T teKtu d t i p )( )( 1 )()( 0

6、 2021/3/10讲解：XX14 PID控制规律 n在低频段，主要是PI控 制规律起作用，提高系 统型别，消除或减少稳 态误差；在中高频段主 要是PD规律起作用，增 大截止频率和相角裕度， 提高响应速度。因此， 控制器可以全面地提高 系统的控制性能。 PID控制器的频率特性 2021/3/10讲解：XX15 数字PID控制算法 位置式PID控制算法: 2021/3/10讲解：XX16 数字PID控制算法 增量式PID控制算法 2021/3/10讲解：XX17 常用的数字PID控制系统 n单回路控制系统 n串级控制系统 n前馈反馈控制系统 n纯滞后补偿控制系统 2021/3/10讲解：XX18

7、 PID控制的发展 n原因：在实际工业生产过程往往具有 非线性、时变不确定，难以建立精确的 数学模型，常规的PID控制器不能达到理 想的控制效果； n原因：在实际生产现场中，由于受到 参数整定方法烦杂的困扰，常规PID控制 器参数往往整定不良、效果欠佳，对运 行工况的适应能力很差 2021/3/10讲解：XX19 PID控制的发展 n自适应PID控制 n智能PID控制 n模糊PID控制 n神经网络PID控制 n预测PID控制 2021/3/10讲解：XX20 混合动力汽车发动机转速PID 控制 n数字PID 控制器 n发动机转速控制系统 n基于响应特性的PID参数整定 n发动机转速控制试验 2021/3/10讲解：XX21 PID 控制基本原理 PID 控制器原理 时域模拟PID 控制： 2021/3/10讲解：XX22 PID 控制器的数字化 2021/3/10讲解：XX23 基本PID 控制器的几点改进 n变速积分 n微分项的改进 n抗饱和积分 2021/3/10讲解：XX24 基于响应特性的PID参数整定 响应特性