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采用积分分离法的PID位 置算法流程图如图所示。系 统输出在门限外时，该算法 相当于PD调节器。只有在门 限范围内，积分部分才起作 用，以消除系统静差。 课程内容25 2.PID增量算法饱和作用及其抑制 在PID增量算法中，由于执行元件本身是机械或物理的积分储存 单元，在算法中不出现累加和式，所以不会发生位置算法那样的累 积效应，这样就直接避免了导致大幅度超调的积分累积效应。这是 增量式算法相对于位置算法的一个优点。但是，在增量算法中，却 有可能出现比例及微分饱和现象。 (1)“积累补偿法” 基本思想是将那些因饱和而未能执行的增量信 息积累起来，一旦有可能时，再补充执行，这样就没有遗失，动态 过程也得到了加速。 (2)方法 在每次计算积分项时，应判断其e（kT）的符号，是否将 继续增大累加器的积累。如果增大，就将积分项略去，这样，可以 使累加器的数值积累不致过大，从而避免了积分饱和现象。 第六章 数字PID及其改进算法 课程内容26 6.4.2 不完全微分PID算法 在标准的PID算式中，当有阶跃信号输入时，微分项急剧增加，容 易引起调节过程的振荡，导致调节品质下降。 1.不完全微分PID算法基本思想 仿照模拟调节器的实际微分调节，加 入惯性环节，以克服完全微分的缺点。 2.算法的传递函数表达式为 式中 KD——微分增益。 第六章 数字PID及其改进算法 课程内容27 将上式分成比例积分和微分两部分，则 其中 将上式化成微分方程，再用一阶向后差分近似代替微分，得到不完 全微分的PID增量式算式为 第六章 数字PID及其改进算法 课程内容28 6.4.3 微分先行PID算法 微分先行PID算法的实质是将微分运算提前进行。有两种结构， 一种是对输出量的微分；另一种是对偏差的微分，如图所示。 第六章 数字PID及其改进算法 对输出量先行微分PID算法 对偏差量先行微分PID算法 课程内容29 在第一种结构中，只对输出量c（t）进行微分，它适用于给定量频繁升降的场合，可以避免升降给定值时所引起的超调量过大，阀门动作过分剧烈振荡。 后一种结构是对偏差值先行微分，它对给定值和偏差值都有微分作用，适用于串级控制的副控制回路。因为副控制回路的给定值是由主控回路给定的，也应对其作微分处理，因此，应该在副控制回路中采用偏差PID控制。 6.4.4 带死区的PID控制 在控制精度要求不高、控制过程要求平稳的测控系统中，为了避免控制动作过于频繁，消除由此引起的振荡，可以人为的设置一个不灵敏区B，即带死区的PID控制。只有不在死区范围内时，才按PID算式计算控制量。 第六章 数字PID及其改进算法 课程内容30 6.4.5 给定值突变时对控制量进行阻尼的算法 在给定值发生迅速变化时，例如阶跃变化时，为了防止出现过 大的控制量，一般可采用下列办法： （1）前置滤波器 （2）修改算法中对给定值变化敏感的项 第六章 数字PID及其改进算法 课程内容31 6.5 PID调节器参数的整定 6.5.1 凑试法确定PID调节参数 凑试法是通过模拟或闭环运行（如果允许的话）观察系统的响应曲线(例 如阶跃响应），然后根据各调节参数对系统响应的大致影响，反复凑试参数， 以达到满意的系统响应，从而确定PID调节参数。 1．1.PID的参数对系统性能的影响 （1）比例系数KP对系统性能的影响 增大比例系数KP一般将加快系统的响应， 在有静差的情况下有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超 调，并 产生振荡，使稳定性变坏。 （2）积分时间TI对系统性能的影响：增大积分时间TI有利于减小超调，减小 振荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢。 （3）微分时间TD对系统性能的影响：增大微分时间TD，也有利于加快系统响 应 ，使超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱。 第六章 数字PID及其改进算法 课程内容32 2．凑试法确定PID调节参数 在凑试时，可参考以上参数对控制过程的影响趋势，对参数实 行下述先比例，后积分，再微分的整定步骤。 （1）首先只整定比例部分。即将比例系数由小变大，并观察相应的 系统响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。 （2）如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则须 加入积分环节。整定时首先置积分时间TI为一较大值，并将经第一 步整定得到的比例系数略为缩小（如缩小为原值的0.8倍），然后减 小积分时间，在保持系统良好动态性能的情况下，使静差得到消除。 （3）若使用