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1、计算机控制技术课程讲义,1,7.3 PID算法的改,一、积分饱和现象及抑制： 1、积分饱和的产生：执行机构所能执行的控制信号是有范围的。我们可设：xmax为执行机构所能执行的最大输出控制值xmin为执行机构所能执行的最小输出控制值,例如一个阀门开度为0%100%,对应输出量为0100 则：Xmax=100, Xmin=0, 对于xXmax的数值，阀门只能取100%，而对于xXmax, 或者xxmax，称之为积分饱和。输出饱和主要是在存在较大偏差条件下由积分饱和产生的。,计算机控制技术课程讲义,4,2、饱和输出的危害：由于饱和的存在，使执行机构不能实现理想计算值所代表的意义，而使控制算法误以为输
2、出还不够强，因而继续加大（或减少）输出值，使系统入更深的饱和不容易退出，导致控制系统性能严重下降。 3、抑制积分饱和的方法： (1)积分分离算法：只在e较小时才运行积分算法(2)遇限削弱积分法：思想是在出现饱和时，新的积分结果有削弱饱和的作用时才将其加入输出值中，否则舍去本次积分结果。,计算机控制技术课程讲义,5,流程图,判断xk-1,ek0,求ek,xminxk-1xmax,Yes,Yes,No,No,计算,=0,=0,计算xp, xd,累加x 输出,xk-1=xmax,计算机控制技术课程讲义,6,(3)输出限值法：限制输出值不入饱和区,计算机控制技术课程讲义,7,二、微分项的干扰措施,干扰
3、信号呈现出较大的变化率，而直接导致微分项取值的变化，从而影响控制系统的稳定。 抑制方法： 1.四点中心差分法：改微分项的结构，以减少干扰的影响。将差分ek-ek-1改为过去四个时刻偏差的平均和形式。,计算机控制技术课程讲义,8,图解表示, 为最近四点平均值，其时间点也平均计算 用四个差分的平均值代替原来一个差分,计算机控制技术课程讲义,9,2. 不完全微分法： 不在一个周期内完成微分，而将其分散在多个周期中，并按指数规律衰减 为此，引入微分增益常数Ks,计算机控制技术课程讲义,10,可见，因TsT，原(ek-ek-1)的作用减小;因的存在，本次微分与上次相关。,效果图：,计算机控制技术课程讲义
4、,11,三、PID算法的其他改,1、带死区的PID：对于控制精度要求较低，并且不希望执行机构频繁动作的情况下，可使用带死区的PID算法,计算机控制技术课程讲义,12,2、微分先行算法：对于设定值经常变化的系统，对设定值的阶跃反应最敏感的是微分项(xd). 若要求输出x的值能平稳地变化时，可将微分项中设定值的因素去除。,计算机控制技术课程讲义,13,在方块图中可表示为：,D先于PI行运算，所以称之为微分先行算法，也是微分项的抗干扰措施之一。,PI,对象,D,R,e,x,C,计算机控制技术课程讲义,14,7.4 PID控制程序设计,一、数制选择：由于e的数值较小，运算较复杂，中间结果多，所以定点运
5、算易损失精度，一般采用浮点运算。 二、输出限幅 1、位置限幅：即：当xxmax时，x=xmax当xxmin时，x=xmin 2、增量限幅：即：即要求每次的增量在一定限度之内，有利于系统稳定运行,计算机控制技术课程讲义,15,三、积分整量化误差：为了防止积分饱和，一般积分项的系数较小，这使得在正常状态下，的数值较小，当其和Xp, Xd相加时，可能因有效位长度有限而被忽略，产生了积分整量化误差。 例：某计算机浮点运算相当于5位十制有效位，若此时： = .001, 而xp+xd=100则：x=xp+xd=100.001取5位有效位：100.00 解决方法是对行单独累加为，而后将再加到输出控制值X中。
6、,计算机控制技术课程讲义,16,四、简化运算：,由 “5乘5 加” 简化为 “3乘2 加”,计算机控制技术课程讲义,17,7.5 PID参数的整定,控制系统要求稳定性好，调节迅速，误差小。但是同时满足这诸方面要求又是难于做到的，因此通过折中，选择衰减度为1/4的过渡过程为最佳控制。 最佳控制过程的单位阶跃响应曲线为：,为使PID控制达到最佳控制，必须调整好Kp, Ti, Td等各项系数，称之为PID参数整定,计算机控制技术课程讲义,18,一、理论分析法,通过求解、分析、输入、输出，PID的传递函数，最终求出Kp, Ti, Td各参数值该方法分析运算较复杂，而且大系统对象传递函数的确定也不容易。
7、 二、实验总结法：不必求解对象属性，只需获得实验数据。1、临界比例度法 工作步骤：(1)选择纯比例控制，暂时关闭积分、微分作用(2)由小到大调节Kp，直至被控量的单位阶跃响应达到临界振荡。(无衰减等幅振荡，实际振荡45周期即可)(3)此时Kp记为Kr，第一振荡周期时间记为Tr(4)由Kr, Tr查表求出Kp, Ti, Td 。,计算机控制技术课程讲义,19,PID经验参数表,计算机控制技术课程讲义,20,2、数字PID的扩充临界比例度法： (1)控制度概念：表征数字控制的效果相当于模拟控制效果的程度。定义为：,一般选择控制度=1.05, 认为数字控制与模拟控制相当(2) 整定步骤： 根据采样周期经验值粗定T； 按临界比例度法确定Kr, Tr 选定控制度，查表定参数,三、参数修改：要求Kp, Ti, Td均能在线通过人机对话修改,计算机控制技术课程讲义,21,PID经验参数表扩充,
