一種改進的PID 控制算法

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1、一種改進的PID控制算法AnimprovedPIDcontrolalgorithm李素敏王杰宋北光LiSuminWangJieSongBeiguang摘要：本文提出了一種帶濾波器的積分分離PID控制算法，它既可以避免由于積分積累引起系統(tǒng)較大的超調(diào)，甚至引起系統(tǒng)較大的振蕩也可以濾除系統(tǒng)中存在的高頻噪聲干擾，所以有它的優(yōu)越性，仿真結(jié)果也證實了它的優(yōu)勢所在。關(guān)鍵詞:PID算法濾波器積分分離中圖分類號：TP273文獻標識碼：AAbstract:AnintegralpartitioningPIDcontrolalgorithmwithfilterispresentedinthi

2、sarticle.Itcanavoidbiggerovershootandstrongeroscillatingbecauseofaccumulationofintegralitem,anditcanfilterouthighfrequencyinterfereinthesystem.Sothiscontrolalgorithmhasitssuperiority,andthesimulationresultshowsitsadvantage.Keywords:PIDalgorithmfilterintegralpartition1引言[1]PID控制由于結(jié)構(gòu)簡單、工作

3、穩(wěn)定、魯棒性好等因素在當今的工業(yè)過程控制中仍占有主導地位。隨著[2]PID控制器的日趨完善，出現(xiàn)了許多改進型的PID控制器，如積分分離型、不完全微分型、微分先行型、[3][4]帶死區(qū)的PID控制、單神經(jīng)元自適應PID控制、融合型智能PID控制器等。但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，會出現(xiàn)越來越多適用不同具體場合的PID控制方法。在普通PID控制中引入積分環(huán)節(jié)的目的，主要是為了消除靜態(tài)誤差，提高控制精度。但是在過程的啟動、結(jié)束或大幅度增減時，短時間內(nèi)系統(tǒng)輸出有很大的偏差，會造成PID運算的積分積累，致使控制量超過執(zhí)行機構(gòu)可能允許的最大動作范圍對應的極限控制量，引起系統(tǒng)較大的超調(diào)，甚

4、至引起系統(tǒng)較大的振蕩，這在有些系統(tǒng)中是絕對不允許的，本文提出了一種帶濾波器的積分分離PID控制方法，這里的濾波器用的是低通濾波器，主要是為了濾除進入系統(tǒng)中的高頻噪聲，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2控制算法設(shè)計積分分離控制基本思路是：當被控量與設(shè)定值偏差較大時，取消積分作用，以免由于積分作用使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，超調(diào)量增大；當被控量接近給定值時，引入積分控制，以便消除靜差，提高控制精度。其具體實現(xiàn)步驟如下：（1）根據(jù)具體系統(tǒng)，人為設(shè)定閾值?>0；（2）當e(k)>?時，采用PD控制；（3）當e(k)

5、e(j)Ts+kd(e(k)?e(k?1))/Tsj=0?1e(k)≤?其中，Ts為采樣時間，α為積分項的開關(guān)系數(shù)：α=?。?0e(k)>?積分分離PID控制算法的程序框圖如圖1所示。開始采樣輸入r(k)輸出y(k)計算誤差e(k)=r(k)-y(k)YNe(k)

6、號；d是噪聲干擾；y是系統(tǒng)輸出?，F(xiàn)在驗證一下低通濾波器的濾波性能，設(shè)低通濾波器為1F(s)=0.04s+1圖3低通濾波器Bode圖圖4原始信號及濾波后的信號采樣時間為1ms，輸入信號為帶有高頻隨機噪聲的低頻（0.2Hz）正弦信號。濾波器的離散化采用Tustin變換，其Bode圖如圖3所示，采用低通濾波器濾除掉高頻噪聲，仿真結(jié)果圖4表明，該濾波器對高頻信號具有很好的濾波作用。3仿真研究為了說明帶濾波器的積分分離PID控制算法的控制效果，我們?nèi)∫粋€三階系統(tǒng)進行仿真。設(shè)被控對象的傳遞函數(shù)為：523500G(s)=，32s+87.35s+10470s低通濾波器為：1F(s)=

7、0.04s+1用Matlab軟件進行仿真，其中離散化處理時，采樣時間為1ms，隨機干擾噪聲加在被控對象的輸出端，?=0.8，進行階躍響應仿真，輸入設(shè)定值為20。用積分分離PID控制算法分兩種情況進行仿真：（1）加上隨機干擾信號，未加濾波，仿真結(jié)果圖5；（2）加上隨機干擾信號，同時加上濾波時的仿真結(jié)果如圖6。圖5積分分離PID加干擾未加濾波的階躍響應圖6積分分離PID加干擾加濾波的階躍響應圖7普通PID加干擾加濾波的階躍響應圖8普通PID未加干擾未加濾波的階躍響應圖9積分分離PID未加干擾未加濾波的階躍響應我們可以用普通PID控制算法對該系統(tǒng)進行下面兩