第4章PID控制原理.ppt

*4.4.3比例微分控制的特点PD调节也是有差调节，与P调节相同。因在稳态下，de／dt＝0，PD调节器的微分部分输出为零。提高控制系统稳定性的作用。因微分调节动作总是力图抑制被调量的振荡。适度引入微分动作可以允许稍许减小比例带，同时保持衰减率不变。***微分调节动作的缺点：微分动作太强容易导致调节阀开度向两端饱和，因此在PD调节中总是以比例动作为主，微分动作只能起辅助调节作用。PD调节器的抗干扰能力很差，这只能应用于被调量的变化非常平稳的过程，一般不用于流量和液位控制系统。微分调节动作对于纯迟延过程显然是无效的。*应当特别指出，引入微分动作要适度。这是因为在大多数PD控制系统随着微分时间TD增大，其稳定性提高，但某些特殊系统也有例外，当TD超出某一上限值后，系统反而变得不稳定了。图4．20表示控制系统在不同微分时间的响应过程。*4.4.4比例积分微分控制的调节规律比例积分微分控制规律或式中δ、TI和TD参数意义与PI、PD调节器同。*PID调节器的传递函数为不难看出，由式(3-16)表示的调节器动作规律在物理上是不能实现的。工业上实际采用的PID调节器如DDZ型调节器，其传递函数为(3-16)*式中带*的量为调节器参数的实际值，不带*者为参数的刻度值。F称为相互干扰系数；KI为积分增益。(3-17)*图3-17给出工业PID调节器的响应曲线，其中阴影部分面积代表微分作用的强弱。*显然，PID三作用时控制效果最佳，但这并不意味着，在任何情况下采用三作用调节都是合理的。图3-18各种控制规律的响应过程1-比例控制；2-积分控制；3-PI控制；4-PD控制；5-PID控制*4.5数字PID控制4.5.l基本PID的数字PID控制算法1.基本PID的位置型离散表达式*2.位置式数字PID控制算法的递推形式:比例项：积分项：或者：以上各式中,*微分项：离散化有：注：不完全微分可看作是过程变量先经过完全微分环节，然后再经一阶惯性滤波环节，据此进行离散化操作。*3.增量式数字PID控制算法的递推形式：或：其中：，而*采样周期的选择采样周期应远小于过程的扰动信号的周期。在执行器的响应速度比较慢时，过小的采样周期将失去意义，因此可适当选大一点。在计算机运算速度允许的条件下，采样周期短，则控制品质好。当过程的纯滞后时间较长时，一般选取采样周期为纯滞后时间的1/4～1/8。*4.5.2改进的数字PID控制算法当系统波动范围大、变化迅速和存在较大的扰动时，基本的数字PID控制效果往往不能满足控制的要求。因此，对数字PID控制算法进行改进一直是控制界研究的课题，下面介绍几种常用的改进形式。*1．积分项改进的数字PID控制算法PID控制控制中，积分的作用是消除余差，提高控制精度。但在过程的启动、结束或大幅度增减设定值时，短时间内系统输出有很大的偏差，从而造成PID运算的积分积累，使系统产生大的超调或长时间振荡，这在生产中是绝对不允许的。为了提高控制性能有必要对PID控制中的积分项进行改进。(1)积分分离PID算法鉴于积分作用的不良影响多发生在系统控制偏差较大的时候，所以积分分离的基本思路是，当控制偏差较大时，如大于人为设定的某阈值?时，取消积分作用，以减小超调；而当控制偏差较小时，再引入积分控制，以消除余差，提高控制精度。*(2)抗积分饱和PID算法在数字PID控制中，若被控系统长时间出现偏差或偏差较大，PID算法计算出的控制变量可能会溢出，也即数字控制器运算得出的控制变量u(k)超出数模转换器所能表示的数值范围[umin，umax]。而数模转换器的数值范围与执行机构是匹配的，如u(k)=umax对应调节阀全开，u(k)=umin对应阀门全关。所以，一旦溢出，执行机构将处于极限位置而不再跟随响应数字控制器的输出，即出现了积分饱和。在计算控制变量u(k)时，先判断上一时刻的控制变量u(k-1)是否已超过限制范围，若u(k-1)umax。则只累加负偏差，若u(k-1)umin，则只累加正偏差，这样就可以避免控制变量长时间停留在饱和区。*2．微分项改进的数字PID控制算法在PID控制中，微分项根据偏差变化的趋势及时施加作用，从而有效地抑制偏差增长，减小系统输出的超凋，克服减弱振荡，加快动态过程。但是微分作用对高频干扰非常灵敏，容易引起控制过程振荡，降低调节品质。为此有必