计算机控制技术课件-4.2 常规及复杂控制技术(二).pptVIP

(3)采用梯形积分提高计算精度 矩形积分： 梯形积分： 1. 积分项的改进 (4)消除积分不灵敏区 积分不灵敏区：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，积分项ΔuI(k)容易出现小于字长的精度而作为“零”处理，此积分作用消失。 【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℃，得 如果偏差e(k)＜50℃，则ΔuI(k)＜1，计算机就作为“零”将此数丢掉，控制器就没有积分作用。只有当偏差达到50℃时，才会有积分作用。 1. 积分项的改进 (4)消除积分不灵敏区 消除积分不灵敏区的措施： 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ΔuI(k)连续n次出现小于输出精度ε时，不把它们作为“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 。 1. 积分项的改进 2. 微分项的改进 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，微分调节作用并不是很明显，甚至没有调节作用。 数字PID位置控制算法中的微分项为 当e（k）为阶跃函数时，微分项输出依次为KPTD/T,0,0,…仅在第一个周期起调节作用，对于时间常数较大的系统，其调节作用很小，不能达到超前控制误差的目的。而且在第一个周期微分作用太大，在短暂的输出时间内，执行器达不到应有的相应开度，会使输出失真。 2. 微分项的改进 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，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 在PID控制输出串联一阶惯性环节，构成不完全微分PID控制器。 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。 2. 微分项的改进 (1)不完全微分PID控制算法 作用：消除高频干扰，延长微分作用的时间。 如何来实现的呢？ 2. 微分项的改进 2. 微分项的改进 推导控制算法： 国家级精品课程《计算机控制技术》 第16讲第4章 常规及复杂控制技术（二） 1.积分项的改进 2.微分项的改进 3.时间最优+PID控制 4.带死区的PID控制算法 4.2.3 数字PID控制器的改进 1. 积分项的改进 措施： (1)积分分离 (2)抗积分饱和 (3)梯形积分 (4)消除积分不灵敏区 积分的作用？消除稳态误差（残差）。 (1)积分分离 对于PID控制，当有较大的干扰或大幅度改变给定值时，由于系统的惯性和滞后，在积分累积项的作用下，往往会产生较大的超调和长时间的波动。特别对于温度、成份等变化缓慢的过程，这一现象更为严重。 1. 积分项的改进 采用积分分离措施： 当 时，采用PD控制； 当 时，采用PID控制。 合理选择积分分离阈值β： 若β值过大，达不到积分分离的目的； 若β值过小，一旦被控量y(t)无法跳出各积分分离区，只进行PD控制，将会出现残差。 1. 积分项的改进 (2)抗积分饱和 因长时间出现偏差或偏差较大，计算出的控制量有可能溢出，或小于零。 溢出：就是计算机运算得出的控制量u(k)超出D/A转换器所能表示的数值范围。 执行机构一般有2个极限位置，如调节阀全开或全关。 如对于8位D/A，则: 当u(k)为FFH时，调节阀全开； 当u(k)为00H时，调节阀全关。 1. 积分项的改进 (2)抗积分饱和 积分饱和：当执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作。 积分饱和势必使超调量增加，控制品质变坏。 防止积分饱和的措施：可对计算出的控制量u(k)限幅，同时，把积分作用切除掉。 若以8位D/A为例，则有 当 u(k)＜00H 时，取u(k)=00H，采用PD控制； 当 00H≤ u(k)≤ FFH 时，采用PID控制； 当 u(k)＞ FFH 时，取u(k)=FFH，采用PD控制。 1. 积分项的改进