3.6-数字控制器的设计.ppt

2.4数字PID算法的几个实际问题手动/自动跟踪：◆在自动调节系统中，为了增加运行的可靠性和操作的灵活性，往往要求调节器在正常和非常状态下能方便地进行由“手动”到“自动”或由“自动”到“手动”的切换，而且要求在切换过程中，不会对系统的工况产生扰动，即无扰动切换。◆通常，在自动调节系统投入之前，总是先进行手动操作，然后再切换为自动操作。当调节器发生故障或停用检修时，系统则由自动操作切换为手动操作。2.4数字PID算法的几个实际问题手动/自动跟踪：◆在手动切换到自动时，必须能够实现自动跟踪，即由手动到自动切换时刻，PID的输出等于手动时的阀位值，然后在此基础上，按采样周期进行自动调节◆当系统由自动切换到手动时，将手动的输出通过一定连接等于自动控制器的输出，能够完成这一功能的设备，称为手动后援。3数字PID算法的改进不完全微分的PID算法积分分离的PID算法变速积分的PID算法带死区的PID算法3.1不完全微分的PID算法存在的问题：◆当有阶跃信号输入时，微分项急剧增加，容易出现比例和微分饱和现象基本思想：◆加入惯性环节客服完全微分的缺点，即将过大的控制输出分几次执行，以避免出现饱和现象3.1不完全微分的PID算法结构图：为位置型标准PID算式3.1不完全微分的PID算法完全微分与不完全微分的特性差异：3.2积分分离的PID算法存在的问题：◆偏差较大时，积分的滞后作用会影响系统的响应速度，引起较大的超调和加长过渡时间，尤其对于变化缓慢的系统，更加剧了振荡时间基本思想：◆当被控量和给定值偏差大时，取消积分控制，以免超调量过大；当被控量和给定值接近时，积分控制投入，消除静差。3.2积分分离的PID算法算法表示：3.3变速积分的PID算法存在的问题：◆标准PID算法中KI为常数，即在整个调节过程中积分增益不变，KI太大会产生超调甚至出现积分饱和，太小又迟迟不能消除静差，而系统对积分项的要求是：偏差大时积分作用减弱甚至全无，偏差小时则应加强积分作用基本思想：◆设法改变积分项的累加速度，使其与偏差的大小相对应。偏差大时，积分累加速度慢，积分作用弱；反之，偏差小时，使积分累加速度加快，积分作用增强。3.3变速积分的PID算法具体方法：◆设置一系数f[E(k)]，它是E(k)的函数，当|E(k)|增大时，f减小，反之则增大。每次采样后，用f[E(k)]乘以E(k)，再进行累加，即：3.3变速积分的PID算法与普通PID比较：◆实现了用比例作用消除大偏差，用积分作用消除小偏差的理想调节特性，从而完全消除了积分饱和现象；大大减小了超调量，可以很容易地使系统稳定，改善了调节特品质与积分分离法比较：◆二者很类似，但调节方式不同。积分分离对积分项采用“开关”控制，而变速积分则是根据误差的大小改变积分项速度，属线性控制。因而，后者调节品质大为提高，是一种新型的PID控制。3.4带死区的PID算法存在的问题：◆一些生产过程中，不希望执行机构动作过于频繁，以防止由于频繁动作引起振荡基本思想：◆人为设置一个不灵敏区，当时，起控制输出乘以一个小于1的因子k，使其输出小于正常输出，弱化控制，即：3.4带死区的PID算法结构图：注意：死区是一个非线性环节，不能象线性环节一样随便移到PID控制器的后面4数字PID算法的参数整定理论整定方法：◆通过调整PID的三个参数KP、TI、TD，将系统的闭环特征根分布在s域的左半平面的某一特定域内，以保证系统具有足够的稳定裕度并满足给定的性能指标◆只有被控对象的数学模型足够精确时，才能把特征根精确地配置在期望的位置上，而大多数实际系统一般无法得到系统的精确模型，因此理论设计的极点配置往往与实际系统不能精确匹配4数字PID算法的参数整定工程整定方法：◆根据人们积累的经验，按照被控对象的特点，综合考虑控制指标、执行机构等各个因素，粗选PID参数进行试验，然后根据控制效果反复修改，直到满意为止◆近似的经验方法，不依赖模型