计算机控制 (2).ppt

计算机控制
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第5章 计算机控制系统的经典设计方法
连续域—离散化设计
数字PID控制器设计
控制系统z平面设计性能指标要求
z平面根轨迹设计
w’变换及频率域设计
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数字PID控制器设计
根据偏差的
比例(Proportional)，Kp
积分(Integral)，1/s
微分(Derivative), s
进行控制(简称PID控制)，是控制系统中应用最为
广泛的一种控制规律。
优点：
原理简单 　　　
通用性强
便于调试
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PID控制的基本原理
比例控制器：u(t)=kpe(t)
kp,增益增大，调节作用强，输出易产生振荡
比例积分（PI）控制器：
滞后网络，消除静差
比例微分（PD）控制器：
超前网络，改善动特性
提高系统频带
PID调节器：综合调节动、静态特性
适用于一般工业过程控制，对象模型参数模糊，依据经验调试；航空航天对象，控制更为精确，仅靠PID不够
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数字PID基本算法
1．模拟PID控制算法的离散化
模拟PID控制器的基本规律：
离散化
kT均用k简化表示
向后差分：
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位置式算法的问题
U(k)对应于执行机构的位置，叫位置式算法
U(k)与e(i)，i=0,1,2,…k有关，需要所有k个点上的
值，计算费时，存储量大
U(k)对应于执行机构的位置，生产上不安全
如果出现计算机故障， U(k)=0，位置突然变为0，不安
全
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2．PID的增量式算法
仅对应执行机构（如阀门）位置的改变量
算法优点：
（1）较为安全。因为一旦计算机出现故障，输出控制指令为零时，执行机构的位置（如阀门的开度）仍可保持前一步的位置，不会给被控对象带来较大的扰动。
（2）计算时不需进行累加，仅需最近几次误差的采样值。
主要问题：执行机构的实际位置（控制指令全量的累加）需要用计算机外的其他的硬件(如步进电机)实现。
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图5-21 PID计算机控制系统a－位置式算法 b－增量式算法
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数字PID控制算法改进
1、抗积分饱和算法
(1)积分饱和的原因及影响
如果长时间出现偏差或偏差较大，计算输出的控制量很大，超出D/A转换器所能表示的数值范围。
执行机构已到极限位置，仍不能消除偏差，且由于积分作用，尽管PID控制器所得的运算结果继续增大，但执行机构已无相应的动作，这就称为积分饱和。
当控制量达到饱和后，控制不起作用，闭环控制系统相当于被断开。
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小信号控制下，积分器没有饱和的响应曲线。
控制饱和值不变，但系统给定值加大，使控制作用出现饱和时的仿真曲线
在同样给定值时，控制作用没有饱和限制时的仿真曲线。
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