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数字式PID算法 PID的增量算式 数字PID在实际应用中的几个问题 手动/自动跟踪与无扰动切换 手动/自动跟踪与无扰动切换 手动/自动跟踪与无扰动切换 正反作用问题 正反作用问题 PID的数字改进 实际生产过程控制中，控制量总是受到执行元件机械和物理性能的约束而限制在一定范围内，其变化率通常也限制在一定范围内，即 CPU根据控制算法计算的结果给出相应的控制量 PID的数字改进 ①当满足上述约束条件时，那么控制将按预期的结果进行。 ②当超出上述约束范围时，例如超出最大阀门开度，或进入执行元件的饱和区，那么实际执行的控制量就是约束极限值而不是计算值，这就使系统的动态特性偏离期望的状态，造成不良后果。这种情况在给定值发生突变时特别容易发生，因为这时候控制量通常有最大值。 PID的数字改进 当给定值从0突变到给定值，而且按位置算法算出的控制量超出限制范围，那么实际上控制量将取约束值，而不是计算值。这时系统输出由于控制量受到限制，其增长速度将变慢，因而偏差将比正常情况下持续更长的时间保持在正值，从而使位置算式中的积分项有较大的累积值。 当超出给定值后，开始出现负偏差，由于位置算法中的积分累积值很大，还要经过相当一段时间后，控制量才有可能脱离饱和区，这样就使系统输出产生较大超调量。 在位置型PID算式中，饱和现象主要是由积分项引起的，所以称之为积分饱和。它对系统的影响是超调严重。 PID的数字改进 抑制积分饱和的控制算法: 积分分离PID算法 变速积分PID算法 积分分离的PID控制 积分分离的PID控制 变速积分PID算法 变速积分PID算法 比例微分饱和作用下算法的改进 比例微分饱和作用下算法的改进 比例微分饱和作用下算法的改进 考虑干扰和动态特性改善的PID算法 不完全微分算法 不完全微分算法 不完全微分算法 不完全微分算法 不完全微分算法 改进微分项/内插法/四点中值差分法 带一阶延迟滤波器的数字PID控制器算法 带一阶延迟滤波器的数字PID控制器算法 带一阶延迟滤波器的数字PID控制器算法 带有死区的PID算法 带有死区的PID算法 PID应用示例 PID应用示例 PID应用示例 PID应用示例 具有回差的控制系统可能出现的过程响应曲线 * * 连续形式 离散等效：以求和替代积分，向后差分替代微分 位置算式 1、正反作用问题 2、手动/自动跟踪及无扰动切换 1、为什么要设计手动操作 2、无扰动切换 3、手动/自动的跟踪：跟踪哪些信号 （1）自动到手动 主要由手动操作器的硬件实现 ----硬手操 手动操作器：手动状态下----操作器 自动状态下----跟随器 切换过程中----保持器 （2）手动到自动 起主要作用的是计算机PID算法的软件 手动状态时(1)需硬件支持，采样手动器或执行机构输出 的所谓阀位值 ，即获得u(k-1)。 切换过程中：目的使 (2)使算法中e(k-1)、e(k-2)等历史状态清零 。 切换过程中：目的使e(k)=0 1）SP跟踪PV：完全无扰，缺点SP须重新设定 2）SP不跟踪PV ：无须重设SP,切自动时偏差不能过大，以利减小切换扰动。 4、软手操 （1）软手操站上需要提供的信号 （2）如何进行跟踪 偏差的极性和与调节器的极性有一定的关系： 如果被调参数大于给定值时，调节变量需要减小，以使被调参数趋近给定值，如煤气加热炉，则称调节器的这种作用为反作用。 如果被调参数大于给定值时，调节变量需要增加，以使被调参数趋近给定值，如炉膛压力，则称调节器的这种作用为正作用。 计算机控制系统正反作用的实现方法： 1、改变偏差的计算公式。正作用时， 反作用时， 2、 偏差计算公式不变。但是在计算反作用时，在完成PID运算后，先将结果求补，而后再送到D/A转换器进行转换，并进而输出。 积分的主要作用：在控制的后期消除稳态偏差 积分分离PID算法：大偏差时不积分 当 时，采用PID控制 当 时，采用PD控制 积分分离值的确定原则 图 不同积分分离值下的系统响应曲线 在普通的PID调节算法中，由于积分系数KI是常数，因此，在整个调节过程中，积分增益不变。但系统对积分项的要求是系统偏差大时积分作用减弱以至全无，而在小偏差时则应加强。否则，积分系数取大了会产生超调，甚至积分饱和，取小了又迟迟不能消除静差。采用变速积分可以很好地解决这一问题。 变速积分