电子设计教程5ppt课件.ppt

,用输出量y(t)和给定量r(t)之间的误差的时间函数e(t)=r(t)-y(t)的比例(P)、积分(I)和微分(D)的线性组合构成控制量u(t),简称PID控制。PID控制组合了比例控制、积分控制和微分控制这三种基本控制规律,通过改变调节器参数来实现控制,基本输入输出关系为:连续时间PID控制系统下图所示,、、,经实验测试,可总结出这三项参数的实际控制作用为:比例调节参数():比例调节是主要的控制部分,但过大的比例会使系统的稳定性下降。增大,系统的反应变灵敏、速度加快、稳态误差减小,但振荡次数也会加多、调节时间加长。积分调节参数():消除系统静态(稳态)误差(),提高系统的控制精度。积分调节会使系统的稳定性下降,动态响应变慢,超调加大。积分控制一般不单独作用,而是与P或者PD结合作用。微分调节参数():反映系统偏差信号的变化率,可以预见偏差的变化趋势,产生超前控制作用,使偏差在未形成前已被消除。因此,微分控制可以提高系统的动态跟踪性能,减小超调量,但对噪声干扰有放大作用,过强的微分调节会使系统剧烈震荡,对抗干扰不利。:常规的PID控制系统中,减少超调和提高控制精度难以两全其美。主要是积分作用有缺陷造成的。如果减少积分作用,静差不易消除,有扰动时,消除误差速度变慢;而加强积分作用时又难以避免超调,这也是常规PID控制中经常遇到的难题。,进入系统的连续时间信号必须经过采样和量化后转换为数字量,方能进行相应的计算和处理。当采样周期相当短时,用求和代替积分,用差商代替微商,将描述连续时间PID算法的微分方程变为描述离散时间PID算法的差分方程。数字PID控制通常有以下两种实现::此式是数字PID算法的非递推形式,称全量算法,其中 为控制量基值(n=0时的控制量);为第n个采样时刻的控制量;为采样周期。算法中为实现求和,必须存储系统偏差的全部值,得出的全量输出是控制量的绝对数值,这种控制量确定了执行机构在控制系统中的位置(如阀门控制中,输出对应阀门的位置),因此将这种算法称为“位置算法”。,而是控制量的增量(例如去驱动步进电动机)时,需要用PID的“增量算法”,其简化示意图如图5-3所示:(当控制变量达到一定值后,系统的输出变量便不再增长,系统进入饱和区),要求系统的控制变量必须限制在某个范围之内,即。若超出此范围,系统实际执行的不是控制量的计算值,而是控制量的最值(或),达不到预期控制效果,甚至会引起振荡。这种现象在开工、停工或大幅度改变给定值的情况下尤其容易发生,此时需要改进算法。位置算法的改进①积分分离法积分分离法是在误差量较大时不进行积分,直至误差在一定值之内后才在控制量的计算中加入积分累积。差分方程为:,为门限值积分分离法如图5-4所示。9.②遇限削弱积分法这种改进算法的基本思想是:当控制进入饱和区后便不再进行积分项的累加,而只执行削弱积分的运算。这种算法可以避免控制量长时间停留在饱和区。③有效偏差法这种方法是将实际执行的控制量对应的误差值作为有效误差值进行积分累加,而不是用实际的误差值进行积分累加。增量算法的比例与微分增量式数字PID算法中没有累加和项,不会出现积分饱和,避免了大的超调和振荡。但在增量算法中可能出现比例和微分饱和。为抑制微分饱和、加速系统的动态过程,可采用积累补偿法。积累补偿法的基本思想是将那些因饱和而未能执行的控制增量信息累积起来,一旦有可能时再补充执行。10.