先进PID控制算法程序.doc

安阳师范学院本科学生毕业论文 基于MATLAB的先进PID算法研究 作　　者　　 系（院） 物理与电气工程学院 专　　业　电气工程及自动化 年　　级　　 2011 级 学　　号　　 指导教师　　 高 相 铭 日　　期　　2015年5月  学生诚信承诺书 本人郑重承诺：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安阳师范学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：　　　　　　　　　　日期：　　　　　　　　 论文使用授权说明 本人完全了解安阳师范学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 签名：　　　　　　　　导师签名：　　　　　　　日期：  基于MATLAB的先进PID算法研究 温 峰 （安阳师范学院计算机在控制中的应用使这种状况有所改变。 图2-1 PID控制方框图 图2-1中，PID控制器的输出是系统误差分别经过各环节处理后线性组合的关系，表达式如下: (2-1) 其传递函数形式通常为: (2-2) 式中，，是比例增益，是积分时间常数，是微分时间常数。 PID控制器各校正环节的作用如下： 比例环节：代表了现在的信息，即时地、成比例地反映控制系统的偏差信号。偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差，使过渡过程反应迅速。缺点是稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 积分环节：代表了过去的信息，通过计算误差信号的积分值并乘以一个积分系数，来纠正信号的偏差。误差值是过去一段时间的误差和。主要用于消除静差、提高系统的无差度，改善系统的稳定性能。缺点就是加入积分调节会使系统稳定性下降，动态响应变慢。 微分环节：代表了未来的信息，计算误差的一阶导，并与微分系数相乘。这个导数表示了误差信号的改变速度，也会对系统的改变作出反应。反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个早期的修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。缺点就是对噪声干扰有放大作用。 在实际设计PID控制器时，通常是在微控制器中实现的。要用计算机实现连续系统中的模拟PID控制规律，就要对其进行离散化处理，变成数字PID控制器。在采样周期远小于信号变化周期时，可作如下近似： （2-3） 式中，T为采样周 期；k为采样序号，k=1,2,……，k 这时，控制器的输出与输入之间的关系为: （2-4） 其中：、、分别为比例系数、积分时间常数、微分时间常数；T为采样周期；k为采样序号，k=0，1，2，……；为第k次采样输出值，为第k次采样输出偏差值，为第k -1次采样输出偏差值。 其控制系统如图2-2所示： 图2-2 数字PID控制系统方框图 这种PID控制被称为位置式PID控制算法。 位置PID控制算法具有出明显的缺陷：当前采样时刻的输出与过去的各个状态有关，计算时要对进行累加，计算量很大，而且由于输出控制量对应执行机构的实际位置偏差，如果位置传感器出现故障，就会出现大的波动，造成设备的损坏，这是在实际控制中必需避免的情况。为此人们在位置式的基础上发明了增量式PID控制算法。 对数字PID位置式取增量，即数字控制器输出的是相邻两次采样时刻所计算的位置值之差。 由式（2-4）递推可得，第k-1次采样时： （2-5） 将式（2-4）与式（2-5）两式相减得： （2-6） 则增量算式为 （