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1、第七章 数字PID及其算法l PID算法的数字实现l 数字PID调节中的几个问题l 几种发展的PID算法l PID参数的整定方法1、常用控制方法计算机控制系统的核心就是数字调节器。常用控制方法：l 直接数字控制：根据采样理论和离散化后的数字模型设计数字控制器。l PID 控制：调节器的输出是其输入的比例、积分和微分的函数；不需要被控对象的数字模型；结构简单，参数容易调整，应用广泛。l 最优控制（Optimal Control）：基于性能指标J最小的控制策略（燃料最省、路径最短、时间最短），依赖于对象数字模型。l 模糊控制（Fuzzy Control）：基于仿人类思维的模糊数据推理方法，不需要数
2、字模型；控制简单，占用内存少，属于智能控制范畴。2、PID算法的数字实现Proportional（比例）、Integral（积分）、Differential（微分）根据输入的偏差，按比例、积分和微分的函数关系运算得到控制输出可以灵活地改变其结构。l P（ 比例）控制 l PI（ 比例积分）控制 l PID（ 比例积分微分）控制 l PID算法的数字实现模拟表达式：将积分项和微分项离散化：将上两式代入模拟表达式中得到离散PID表达式：上式的输出与阀门开度位置一一对应，也称为位置型PID算式。用位置型PID算式计算P(K)，需要用到各采样时刻的偏差值，计算复杂，且需要占用内存。(k-1)时刻的输出
3、：两式相减：表示第K次输出的信号增量，称为增量型PID控制算式。位置型算式不仅需要对E(j)累加，而且计算机的任何故障将引起P(k)的大幅度变化，对生产不利。增量型较位置型的优点：l 由于输出的是增量，所以误动作小； l 易于实现手动/ 自动的无扰切换（位置型算法中，当由手动切换到自动时，首先需要保证控制器的输出等于实际的控制量；增量型算式只给出偏差，而与原来位置无关）；l 不产生积分失控，容易获得良好的调节品质。增量型的缺点：l 积分截断效应大，有静态误差；l 溢出的影响大。位置型PID算法的程序设计：增量型PID算法的程序设计：3、数字PID调节中的几个问题l 正反作用问题l 积分饱和问题
4、l 限位问题l 字节变换问题l 电流/电压问题l 干扰抑制问题l 手动/自动无扰切换问题3.1 正反作用问题在基于偏差的控制系统中，调节器输出的极性与偏差的极性有一定关系。l 正作用：偏差越大，输出越大l 反作用：偏差越大，输出越小正反作用在计算机控制系统中的实现 方法1 ：正作用下E(k)=M(k)-R(k) 反作用下E(k)=R(k)-M(k)方法2 ：反作用时，将PID 算式的输出取补后再输出 3.2 积分饱和问题积分饱和的产生：1、当偏差产生跃变时，位置型PID算式的输出将急剧增大或减小，有可能超过执行机构的上（下）限，而此时执行机构只能工作在上限。2、系统输出需要很长时间才达到给定值，在这段时间内算式的积分项将产生一个很大的积累值。3、当系统输出穿越给定值后，偏差反向，但由于大的积分积累值，控制量需要相当一段时间脱离饱和区。因此引起系统产生大幅度超调，系统不稳定，如图7-4所示。3.3 如何消除积分饱和的影响l 遇限削弱积分法基本思路：在计算P(k) 时，根据上一时刻的控制量P(k-1) 是否超过限制范围，若超出则根据偏差决定是否累计积分项（若未进入超调区域则不累计积分项，否则开始累计积分项），否则累计积分项。l 有效偏差法基本思路：当位置型PID 算式的控制输出超过限制范围时，控制量只能取边界值。有效偏差法的实质是将相当于边界控制量的偏差值作为有效偏差值进行积分。
