自动控制系统四.pptVIP

(3)梯形积分 矩形积分 梯形积分 (4)消除积分不灵敏区 积分不灵敏区产生的原因： 由于计算机字长的限制，当运算结果小于字长所能表示的数的精度，计算机就作为“零”将此数丢掉。当计算机的运行字长较短，采样周期T也短，而积分时间TI又较长时，ΔuI(k)容易出现小于字长的精度而丢数，此积分作用消失，这就称为积分不灵敏区。 （举例）某温度控制系统，温度量程为0至1275℃，A/D转换为8 位，并采用8位字长定点运算。设KP=1,T=1S,TI=10s,e(k)=50℃ 为了消除积分不灵敏区，通常采用以下措施： ①增加A/D转换位数，加长运算字长，这样可以提高运算精度。 ②当积分项ΔuI(k)连续n次出现小于输出精度ε的情况时，不要把它们作为“零”舍掉，而是把它们一次次累加起来，直到累加值SI大于ε时，才输出SI，同时把累加单元清零 。 2．微分项的改进 PID调节器的微分作用对于克服系统的惯性、减少超调、抑制振荡起着重要的作用。但是在数字PID调节器中，微分部分的调节作用并不是很明显，甚至没有调节作用，这是为什么呢？ 我们可以从离散化后的计算公式中分析出微分项的作用。 相反，对于频率较高的干扰，信号又比较敏感，容易引起控制 过程振荡，降低调节品质，因此，我们需要对微分项进行改进。 主要有以下两种方法： (1)不完全微分PID控制算法 (2)微分先行PID控制算式 (1)不完全微分PID控制算法 标准的PID控制算式，对具有高频扰动的生产过程，微分作用响应过于灵敏，容易引起控制过程振荡，降低调节品质。 一阶惯性环节Df(s)的传递函数为 作用：消除高频干扰，延长微分作用的时间 如何来实现的呢？ 由①②联立可得： 其中： (2)微分先行PID控制算式 为了避免给定值的升降给控制系统带来冲击，如超调量过大，调节阀动作剧烈，可采用微分先行PID控制方案。 它和标准PID控制的不同之处在于，只对被控量y(t)微分，不对偏差e(t)微分，也就是说对给定值r(t)无微分作用。 被控量微分PID控制算法称为微分先行PID控制算法，该算法对给定值频繁升降的系统无疑是有效的。 3．时间最优+PID控制 4．带死区的PID控制算法 4.1.4数字PID控制器的参数整定 1．采样周期的选择 2．按简易工程法整定PID参数 1．采样周期的选择 (1)首先要考虑的因素 根据香农采样定理，采样周期上限应满足： T≤π/ωmax,其中ωmax为被采样信号的上限角频率。 采样周期的下限为计算机执行控制程序和输入输出所耗费的时间，系统的采样周期只能在Tmin与Tmax之间选择。 (2)其次要考虑以下各方面的因素 ①给定值的变化频率:变化频率的高低; ②被控对象的特性：被控对象是快速变化的还是慢变的; ③执行机构的类型：执行机构的惯性的大小; ④控制算法的类型：采用太小的T会使得PID算法的微分作用很不明显；控制算法也需要计算时间等等！ ⑤控制的回路数。 2．按简易工程法整定PID参数 (1)扩充临界比例度法 ①选择一个足够短的采样周期，具体地说就是选择采样周期为被控对象纯滞后时间的十分之一以下。 ②用选定的采样周期使系统工作。这时，数字控制器去掉积分作用和微分作用，只保留比例作用。然后逐渐减小比例度δ（δ=1/KP)，直到系统发生持续等幅振荡。记下使系统发生振荡的临界比例度δk及系统的临界振荡周期Tk。  ③选择控制度。 ④根据选定的控制度，查表4．1 ，求得T、KP、TI、TD的值。 K=4.7 PID控制模拟框图 (2)扩充响应曲线法 在模拟控制系统中，可用响应曲线法代替临界比例度法一样，在DDC中也可以用扩充响应曲线法代替扩充临界比例度法。用扩充响应曲线法整定T和KP、TI、TD的步骤如下。  ①数字控制器不接入控制系统，让系统处于手动操作状态下，将被调量调节到给定值附近，并使之稳定下来。然后突然改变给定值，给对象一个阶跃输入信号。 ②用记录仪表记录被调量在阶跃输入下的整个变化过程曲线 ③在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间τ，被控对象时间常数Tτ以及它们的比值Tτ／T，查表4．2，即可得数字控制器的KP、TI、TD及采样周期T。 (3)归一参数整定法 除了上面讲的一般的扩充临界比例度法而外，Roberts,P.D在1974年提出一种简化扩充临界比例度整定法。由于该方法只需整定一个参数即可，故称其归一参数整定法。 已知增量型PID控制的公式为：