微机控制技术2007.03～06第四章常规及复杂控制技术1章节.pptVIP

增量PID 输入Kp、Ki、Kd、 ek0=ek1=ek2=sum=0 输入系统设定值SP、uk A/D采样y(k) ek0=SP-y(k) uk=uk+ △u △u= Kp?[ek0-ek1]+Ki?ek0+Kd?[ek0-2ek1+ek2] 将u(k)经D/A输出 ek1=ek0 采样时间到？ N Y ek2=ek1 4.1.3 数字PID控制器的改进 1、积分项的改进 （1)　积分分离 　改进原因：当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，存在较大的偏差，以及系统有惯性和滞后，在积分项的作用下，会产生较大的超调和长时间的波动。 　改进思路：当被控量和给定值偏差大时，取消积分控制，以免超调量过大；当被控量和给定值接近时，积分控制投入，消除静差。 改进方法： 当 |e(k)| β时，采用PD控制； 当 |e(k)| β时，采用PID控制。 积分分离阈值β的确定： β过大，达不到积分分离的目的； β过小，则一旦控制量y(t)无法跳出各积分分离区，只进行PD控制，将会出现残差。 （2）抗积分饱和 　积分饱和：如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差，由于积分的作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行结构已无相应的动作，控制信号则进入深度饱和区。 　影响：如果系统程序反向偏差， 则u(k)首先需要从饱和区退出，进入的饱和区越深，退出时间越长，导致超调量增加。 　改进方法：对控制量u(k)限幅。 以8位D/A为例，u(k)00H时，取u(k)=0； u(k)FFH时，取u(k)=FFH。 （3）梯形积分 　改进原因：减小残差，提高积分项的运算精度。 　　改进方法：矩形积分改为梯形积分。 （4）消除积分不灵敏区 　改进原因：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”处理，此时积分作用消失，这就称为积分不灵敏区。 　改进措施： ①增加A/D转换位数，加长运算字长，提高运算精度。 ②当积分项连续n次小于输出精度ε的情况下，不要把它们作为“零”处理，而是把它们累加起来，直到累加值大于ε时才输出，同时把累加单元清零。 ２、微分项的改进 （1）不完全微分PID控制 　　改进原因：微分具有放大干扰信号的特点－在PID控制中，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。 　改进方法：串联一阶惯性环节，作为低通滤波器抑制高频噪声，组成不完全微分PID控制器。 两种方式：直接串在微分项；串在PID调节器之后，如下图。 * * 第四章 常规及复杂控制技术 4. 1 数字控制器的连续化设计技术 4. 2 数字控制器的离散化设计技术 4. 3 纯滞后控制技术 4. 4 串级控制技术 4. 5 前馈-反馈控制技术 4. 6 解耦控制技术 数字控制器连续化(模拟化)设计方法 连续化设计：采样周期短、控制算法简单的系统。忽略零阶保持器和采样器，求出系统的连续控制器，以近似方式离散化为数字控制器。 数字控制器离散化设计方法 离散化设计：用于周期长的或控制复杂的系统。直接使用采样控制理论设计数字控制器。 按模拟设计方法设计D(s) 选择合适的T，用合适的方法将D(s)离散化为D(z) 仿真验证，编程实现 数字控制器连续化设计技术 4. 1 数字控制器的连续化设计技术 数字控制器的连续化设计 (1) 忽略控制回路中的零阶保持器和采样器，在S域中设计连续控制器。条件是采样周期足够短。 (2)通过近似方法，把连续控制器离散化为数字控制器，用计算机实现。 实质：在采用周期足够短的情况下，把数字控制器（A/D－采样、计算机、D/A－零阶保持）看作一个整体，其输入和输出为模拟量，将其等效为连续传递函数。 4.1.1 数字控制器的连续化设计步骤 1、设计假想的连续控制器D(s) 2、选择采样周期T 3、将D(s)离散化为D(z) 4、设计由计算机实现的控制算法 5、 校验 第一步：设计假想的连续控制器D(s) 解决方案：自控原理中的连续系统的频域设计法、根轨迹法等设计D（s）。 第二步：选择采样周期T 计算机控制系统的信号恢复功能由零阶保持器H(s)完成。 频率特性推导，使用欧拉公式。 上式表明，零阶保持器存在滞后。 P82