计算机控制第4章.ppt

2017-2-23 1 第4章计算机控制系统的常规控制技术 1. 数字 PID 控制 2. 最少拍控制 3. 纯滞后控制本章主要内容 2017-2-23 2 本节主要内容本节主要内容 PID 调节器 PID 控制器的实现 PID 算法的改进 PID 参数的整定 控制的新发展 数字 PID 控制 2017-2-23 3 ?按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器简称为 PID 调节器,是在连续系统中技术最为成熟, 应用最为广泛的一种调节器。? PID 调节器结构简单、参数易于调整,当被控对象精确数学模型难以建立、系统的参数又经常发生变化时,应用 PID 控制技术,在线整定最为方便。?在计算机进入控制领域后,用计算机实现数字 PID 算法代替了模拟 PID 调节器。 2017-2-23 4 ,然后用计算机进行数字模拟,这种方法称为模拟化设计方法。 ,这是一种直接设计方法(或称离散化设计) ?数字 PID 控制器的设计是按照 1 进行的。连续生产过程中,设计数字控制器的两种方法: 2017-2-23 5 PID 调节器图l 模拟 PID 控制? PID 控制器是一种线性控制器; ?根据对象的特性和控制要求,可灵活地改变其结构。)()()(tytrte?? 2017-2-23 6 PID 调节器的基本结构 1. 比例调节器 2. 比例积分调节器 3. 比例微分调节器 4. 比例积分微分调节器 2017-2-23 7 控制规律: 0P)()(uteKtu??其中: 为比例系数; PK 0u为控制量的基准。比例调节的特点: 比例调节器对于偏差是即时反应,偏差一旦产生, 调节器立即产生控制作用使被控量朝着减小偏差的方向变化,控制作用的强弱取决于比例系数。只有当偏差发生变化时,控制量才变化。(1)比例调节器缺点: 不能消除静差; 过大,会使动态质量变坏,引起被控量振荡甚至导致闭环不稳定。 PK 图2 P 调节器的阶跃响应 2017-2-23 8 (2)比例积分调节器控制规律: ???? tu dtteT teKtu 0 0 i P])( 1)([)(积分调节的特点: 调节器的输出与偏差存在的时间有关。只要偏差不为零,输出就会随时间不断增加,并减小偏差,直至消除偏差,控制作用不再变化,系统才能达到稳态。其中: 为积分时间常数。 iT缺点: 降低响应速度。图 3 PI调节器的阶跃响应 0 0u pK pK 0t iT ut 1 1 0t 0 et 2017-2-23 9 (3)比例微分调节器 0 d P])(d )(d)([)(ut teTteKtu???控制规律: 其中: 为微分时间常数。 dT微分调节的特点: 在偏差出现或变化的瞬间,产生一个正比于偏差变化率的控制作用,它总是反对偏差向任何方向的变化,偏差变化越快,反对作用越强。故微分作用的加入将有助于减小超调, 克服振荡,使系统趋于稳定。它加快了系统的动作速度,减小调整时间,从而改善了系统的动态性能。缺点: 太大,易引起系统不稳定。 dT 图4 理想 PD 调节器的阶跃响应 1 0 1 et 0t0 0t ut pK 0u 2017-2-23 10 (4)比例积分微分调节器控制规律: 0 0 d i P])(d )(d)( 1)([)(ut teT dtteT teKtu t?????比例积分微分三作用的线性组合。在阶跃信号的作用下,首先是比例和微分作用,使其调节作用加强,然后是积分作用,直到消除偏差。图5 理想 PID 调节器的阶跃响应 1 0 1 et 0t0 0t iT ut pK pK 0u