ID控制技术智能车培训ppt课件

1、PID控制算法 PID控制算法 2 PID控制规律及其根本作用3 规范数字PID控制算法 4 改良的数字PID控制器 5 数字PID调理器参数的整定方法 1 PID控制器的概念及开展现状1 PID控制器的概念及开展现状控制器的概念及开展现状 比例-积分-微分(Proportion-Integral-Differential，简称PID)控制器是一个三项控制器，在自动控制领域拥有悠久历史。 具有原理简单，构造灵敏，顺应性强等特点，可以提供一系列令人称心的过程，实践上它在工业中已成为规范控制器。 实现数字控制很容易。 当被控对象的构造和参数不能完全掌握，或得不到准确的数学模型时，控制实际的其它技术

2、难以采用时，系统控制器的构造和参数必需依托阅历和现场调试来确定，这时运用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能经过有效的丈量手段来获得系统参数时，最适宜用PID控制技术。PID处理了自动控制实际所要处理的最根本问题，既系统的稳定性、快速性和准确性。PID控制器的开展现状控制器的开展现状 目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器仪表曾经很多，产品已在工程实践中得到了广泛的运用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调理器(intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是经过智能化调整或自校正、自

3、顺应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。 过程控制系统 静态，动态，过渡过程中间过程 扰动，阶跃信号 典型过渡过程 平稳、快速、准确 动态性能目的过程控制系统动态性能目的5%或2% )(tCCCCmaxmaxCCtrtstp2 PID控制规律及其根本作用控制规律及其根本作用1. 比例调理器(P)0ueKup2. 比例积分调理器(PI) tipuedtTeKu00)1(3. 比例积分微分调理器(PID) tdipudtdeTedtTeKu00)1(比例调理作用比例调理作用 比例调理作用快

4、，系一致出现偏向，调理器立刻将偏向放大输出。但系统存在余差，比例度越大，过渡过程越平稳，但余差越大，比例度越小，过渡过程易振荡，比例度太小时，就能够出现发散振荡。 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。 0ueKup积分调理作用积分调理作用 积分调理作用的输出不仅取决于偏向信号的大小，还取决于偏向存在的时间，只需有偏向存在,虽然偏向能够很小，但它存在的时间越长，输出信号就越大，只需消除偏向，输出才停顿变化。 对一个自动控制系统，假设在进入稳态后存在稳态误差，那么称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，

5、在控制器中必需引入“积分项。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的添加，积分项会增大。这样，即使误差很小，积分项也会随着时间的添加而加大，它推进控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分调理作用微分调理作用 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分即误差的变化率成正比关系。 由于积分调理器输出值大小与误差的继续时间有关，就会使系统的调理过程变慢，带来的系统动态性能变差。此外，当系统遭到冲击式偏向时，偏向的变化率很大，而PI调理器调理速度很慢，就会呵斥系统的振荡。 处理的方法是添加 “微分项，它能预测误差变化的

6、趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就可以提早使抑制误差的控制造用等于零，甚至为负值，从而防止了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调理过程中的动态特性。3 规范数字规范数字PID控制算法控制算法 TkekedtdejeTedtkjt) 1()()(00采样周期T远小于信号变化周期时， 令：)2() 1(2)()()1()()(kekekeTTkeTTkekeKkudip增量型PID控制算法 ：)1()()()()(0kekeTTjeTTkeKkukjdip位置型PID控制算法 ：增量型增量型PIDPID控制算法特点控制算法特点1计算误差对控

7、制量的影响较小，容易获得较好的控制效果。2易实现手动自动无扰切换 。3即使计算机发生缺点，执行器仍能坚持在原位，不会对消费呵斥恶劣影响。)() 1()(kukuku4 改良的数字改良的数字PID控制器控制器 1 1积分分别积分分别PIDPID控制算法控制算法5 5不完全微分不完全微分PIDPID控制算法控制算法7 7带死区的带死区的PIDPID控制算法控制算法4 4消除积分不灵敏区的消除积分不灵敏区的PIDPID控制控制2 2抗积分饱和的抗积分饱和的PIDPID控制控制 3 3梯形积分梯形积分 6 6微分先行微分先行PIDPID控制算法控制算法1 1 积分分别积分分别PIDPID控制算法控制算

8、法问题：当有较大的扰动或大幅度改动给定值时，问题：当有较大的扰动或大幅度改动给定值时，由于此时有较大的偏向，以及系统有惯性和滞后，由于此时有较大的偏向，以及系统有惯性和滞后，故在积分项的作用下，会产生较大的超调和长时故在积分项的作用下，会产生较大的超调和长时间的动摇。间的动摇。积分分别PID算法：)1()()()()(0kekeTTjeTTKkeKkukjdifp)( 0)( 1kekeKf2抗积分饱和的抗积分饱和的PID控制控制 问题：积分饱和。因长时间出现偏向或偏向较大，问题：积分饱和。因长时间出现偏向或偏向较大，计算出的控制量有能够溢出。就是计算机运算得计算出的控制量有能够溢出。就是计算

9、机运算得出的控制量出的控制量u(k)超出了超出了D/A转换器所能表示的数转换器所能表示的数值范围。执行机构有两个极限位置，如调理阀全值范围。执行机构有两个极限位置，如调理阀全开或全关。假设执行机构已到极限位置，依然不开或全关。假设执行机构已到极限位置，依然不能消除偏向时，由于积分作用，虽然能消除偏向时，由于积分作用，虽然PID差分方差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构曾经没有相应的动作，这称为积分饱和。构曾经没有相应的动作，这称为积分饱和。作为防止积分饱和的方法之一，可对计算出的控作为防止积分饱和的方法之一，可对计算出的控制量制量u(k)

10、进展限幅，同时，把积分作用切除。进展限幅，同时，把积分作用切除。3梯形积分梯形积分 问题：积分计算公式的精度。在问题：积分计算公式的精度。在PID控制器中，控制器中，积分项的作用是消除残差。为了减少残差，应提积分项的作用是消除残差。为了减少残差，应提高积分项的运算精度。为此，可将矩形积分改为高积分项的运算精度。为此，可将矩形积分改为梯形积分，其计算公式为：梯形积分，其计算公式为：Tieiedttetki002)1()()(tkiiTedtte00)()(4 4消除积分不灵敏区的消除积分不灵敏区的PIDPID控制控制问题：积分不灵敏区问题：积分不灵敏区 。当积分项运算结果太。当积分项运算结果太小

11、，小于计算机字长所能表示的数的精度，计小，小于计算机字长所能表示的数的精度，计算机就把它当成算机就把它当成0 0而舍弃掉，此时积分作用就而舍弃掉，此时积分作用就没有了。没有了。 为了消除这种积分不灵敏区，除添加A/D转换器位数，以加长字长，提高运算精度外，还可以将小于输出精度的积分项u(k)累加起来，而不将其丢掉。等其累计到一定值后，再将其输出。 5 5 不完全微分不完全微分PIDPID控制算法控制算法问题：微分饱和景象。对有着高频扰动的消费问题：微分饱和景象。对有着高频扰动的消费过程，微分作用呼应过于灵敏，容易引起控制过程，微分作用呼应过于灵敏，容易引起控制过程振荡，降低调理质量。过程振荡，

12、降低调理质量。)()1 () 1()(kukuku在PID后串联一阶惯性环节，组成不完全微分PID控制器，如下图：6 微分先行微分先行PID控制算法控制算法问题：给定值的升降给控制系统带来冲击，如超问题：给定值的升降给控制系统带来冲击，如超调量过大，调理阀动作猛烈。调量过大，调理阀动作猛烈。可采用如图的微分先行控制方案，它和规范PID控制的不同在于它只对被控量y(t)微分，而不对偏向e(t)微分，也就是说对给定值r(t)无微分作用。7 7 带死区的带死区的PIDPID控制算法控制算法问题：控制动作过于频繁，引起振荡，采用带问题：控制动作过于频繁，引起振荡，采用带有非线性环节的有非线性环节的PI

13、DPID控制系统。控制系统。)()( )( )()()1()()()()(00kykrkker(k)-y(k)kekpukpkpTTjpTTkpKkudkjip5 数字数字PID调理器参数的整定方法调理器参数的整定方法1 1 扩展临界比例度法整定扩展临界比例度法整定PIDPID参数参数2 2 扩展呼应曲线法整定扩展呼应曲线法整定PIDPID参数参数 3 3 试凑法试凑法 1 1 扩展临界比例度法整定扩展临界比例度法整定PIDPID参数参数(1)选择一个足够短的采样周期T。(2)逐渐加大比例系数Kp，使控制系统出现临界振荡。求得相应的临界振荡周期Ts，记下此时的比例系数Kp。(3)选择控制度，所谓控制度是数字调理器和模拟调理器所对应的过渡过程的误差平方的积分之比。(4)根据控制度，查表求出T、Kp、Ti和Td值。(5)按照求得的整定参数，投入系统运转，察看控制效果，再适当调整参数，直到获得称心的控制效果为止。 2 2 扩展呼应曲线法整定扩展呼应曲线法整定PIDPID参数参数 (1)断开数字调理器，让系统处于手动操作形状。将被调量调理到给定值附近并稳定后，然后忽然改动给定值，即给对象输入一个阶跃信号。(2)用仪表记录被控参数在阶跃输入下的整个变化过程曲线，如下图。 (3)在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间、被控对象的时间常数Tc，以及它们的比值Tc/。(4)由、Tc、Tc/