东北大学自动化复习课件12数字PID控制器.ppt

20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 不完全微分PID的微分作用示意图 P I D k u(k) 基本PID算法 P I D k u(k) 不完全微分PID算法 基本PID控制算法中微分在第一个周期起作用，而且很强，但从第二个周期开始微分作用消失；而不完全微分PID控制算法中的微分作用则持续很长时间，因此该控制算法具有更好抗干扰作用。 不完全微分PID控制算法增量形式： （3）不完全微分PID控制算法 （4）微分先行PID控制算法 在给定值频繁升降变换的场合，为了避免系统超调量过大甚至发生振荡，执行机构剧烈动作，对模拟PID控制器进行改进，出现微分先行PID控制器。 偏差微分先行 D(s) _ PI控制器 输出微分先行 _ PI控制器 D(s) 适合于给定值频繁升降的场合，可以避免升降给定值所引起的超调量过大。 适用于串级控制的副控制回路。 （1） 数字PID参数对系统性能的影响 对系统静态性能的影响：在系统稳定的情况下，Kp增加，系统稳态误差将减小，可提高控制精度； 对系统动态性能的影响：Kp 增加，系统响应加快；如果Kp偏大，振荡次数增多，调节时间加长； 如果Kp过大，系统趋于不稳定。 1） 比例系数Kp对系统性能的影响 3.3 数字PID控制器的参数整定 （1） 数字PID参数对系统性能的影响 对系统静态性能的影响：Ki 增大，积分作用加强，有利于系统消除静差；如果Ki太小，系统将不能消除静差。 对系统动态性能的影响：Ki减小，削弱积分作用，有利于减小超调，克服震荡；如果Ki太大，将导致超调量过大，甚至产生震荡，系统将不稳定。 Kd增加，系统响应加快，超调量减小，增加系统的稳定性，但系统对干扰的敏感性增加，对干扰的抑制能力减弱。 3.3 数字PID调节器参数的整定方法 2) 积分系数 对系统性能的影响 3) 微分系数 对系统性能的影响 （2）数字PID调节器参数的整定方法 扩充临界比例度法 扩充响应曲线法（过渡过程响应法） 试凑法 ① 选择一个合适的采样周期T。按照采样定理或工程经验来计算或选择采样周期，例如，如果被控过程有纯滞后时，可选取滞后时间的1/10为采样周期T； ② 只投入比例控制，给定输入为单位阶跃信号，逐渐加大比例系数Kp，使控制系统出现临界振荡 k y(k) Tu 系统的临界震荡曲线 1）扩充临界比例度法 由临界振荡曲线求得相应的临界振荡周期Tu， 此时的比例系数Kp为临界振荡增益Ku; ③ 选择控制度——数字控制相对模拟控制的效果 1）扩充临界比例度法 当控制度=1.05，数字控制与模拟控制效果相当； 控制度=2，数字控制比模拟控制效果差一倍。 ④ 根据控制度查表求T、Kp、Ti和Td值。 1）扩充临界比例度法 ⑤ 按照求得的整定参数，系统投入运行，观察控制效果，再适当调整参数，直到获得满意的控制效果。 控制度 控制规律 T/Tu Kp/Ku Ti/Tu Td/Tu 1.05 PI 0.03 0.53 0.88 — PID 0.014 0.63 0.49 0.14 1.20 PI 0.05 0.49 0.91 — PID 0.043 0.47 0.47 0.16 1.50 PI 0.14 0.42 0.99 — PID 0.09 0.34 0.43 0.20 2.00 PI 0.22 0.36 1.05 — PID 0.16 0.27 0.40 0.22 模拟控制器 PI — 0.57 0.83 — PID — 0.70 0.50 0.13 2） 扩充响应曲线法（过渡过程响应法） ① 断开数字调节器，将一个单位阶跃信号作为控制信号加到被控对象，记录响应曲线： Tm 对象阶跃响应曲线 t y(t) 0 A B C ② 在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间τ、被控对象的时间常数Tm： ， ③ 选择控制度； 扩充响应曲线法整定PID参数 控制度 控制规律 T/? Kp/(Tm/?) Ti/? Td/? 1.05 PI 0.10 0.84 3.40 — PID 0.05 1.15 2.00 0.45 1.20 PI 0.20 0.78 3.60 — PID 0.16 1.00 1.90 0.55 1.50 PI 0.50 0.68 3.90 — PID 0.34 0.85 1.62 0.65 2.00 PI 0.80 0.57 4.20 — PID 0.60 0.60 1.50 0.82 ⑤ 系统投入运行，观察控制效果，按照经验适当调整参数，直到获得满意的控制效果。 2） 扩充响应曲线法（过渡过程响应法） ④