PID控制技术(智能车培训)PID控制算法.pptVIP

PID控制算法 P PI ID D控制算法 控制算法 PID控制算法 1 PID控制器的概念及发展现状 2 PID控制规律及其基本作用 3 标准数字PID控制算法 4 改进的数字PID控制器 5 数字PID调节器参数的整定方法 1 PID控制器的概念及发展现状比例-积分-微分Proportion-Integral- Differential,简称PID控制器是一个三项 控制器,在自动控制领域拥有悠久历史。具有原理简单,结构灵活,适应性强等特 点,能够提供一系列令人满意的过程,实际 上它在工业中已成为标准控制器。实现数字控制很容易。? 当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或 得不到精确的数学模型时,控制理论的其它 技术难以采用时,系统控制器的结构和参数 必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用 PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解 一个系统和被控对象,或不能通过有效的测 量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制 技术。PID解决了自动控制理论所要解决的最 基本问题,既系统的稳定性、快速性和准确 性。PID控制器的发展现状目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器 (仪表)已经很多,产品已在工程实际中得 到了广泛的应用,有各种各样的PID控制器产 品,各大公司均开发了具有PID参数自整定功 能的智能调节器intelligent regulator, 其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化 调整或自校正、自适应算法来实现。有利用 PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制 器,能实现PID控制功能的可编程控制器 PLC,还有可实现PID控制的PC系统等等。 过程控制系统静态,动态,过渡过程(中间过程)扰动,阶跃信号典型过渡过程平稳、快速、准确动态性能指标过程控制系统动态性能指标 C t C max ±5%(或±2%) CC maxC C? t t t r p s2 PID控制规律及其基本作用 uK eu 1. 比例调节器P p 0 t 1 uK ee d t u 2. 比例积分调节器PI p 0T i 0 t 1 d e uK ee d tT u p d 0 3. 比例积分微分调节器PID T d t i 0uK eu 比例调节作用 p 0比例调节作用快,系统一出现偏差,调节器 立即将偏差放大输出。但系统存在余差,比 例度越大,过渡过程越平稳,但余差越大, 比例度越小,过渡过程易振荡,比例度太小 时,就可能出现发散振荡。比例控制是一种最简单的控制方式。其控制 器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅 有比例控制时系统输出存在稳态误差。 积分调节作用积分调节作用的输出不仅取决于偏差信号的大小,还 取决于偏差存在的时间,只要有偏差存在,尽管偏差 可能很小,但它存在的时间越长,输出信号就越大, 只有消除偏差,输出才停止变化。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误 差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系 统。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分 项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的 增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项 也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增 大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例 +积分PI控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态 误差。微分调节作用在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的 微分(即误差的变化率)成正比关系。 由于积分调节器输出值大小与误差的持续时间有 关,就会使系统的调节过程变慢,带来的系统动 态性能变差。此外,当系统受到冲击式偏差时, 偏差的变化率很大,而PI调节器调节速度很慢, 就会造成系统的振荡。解决的办法是增加 “微分项”,它能预测误差变化 的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能 够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负 值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较 大惯性或滞后的被控对象,比例+微分PD控制 器能改善系统在调节过程中的动态特性。3 标准数字PID控制算法 k t e dtT e j? 0 采样周期T远小于信号 j ?0 变化周期时, 令: de e ke k ?1dt T 位置型PID控制算法 : k T T d u kK e ke j[ e ke k ?1]p T T j ?0 i 增量型PID控制算法 : T T du kK [ e ke k ?1]e k[ e k ?2 e k ?1e k ?2] p T T i增量型PID控制算法特点 u ku k ?1? u k (1)计算误差对控制量的影响较小,容易 取得较好的控制效果。 (2)易实现手动??自动无扰切换 。 (3)即使计算机发生故障,执行器仍能保持 在原位,不会对生产造成恶劣影响。4 改进的数字PID控制器 1)积分分离PID