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1、數(shù)字PID控制算法4.1.1PID調(diào)節(jié)器的優(yōu)點PID調(diào)節(jié)器之所以經(jīng)久不衰，主要有以下優(yōu)點。1.技術成熟2.易被人們熟悉和掌握3.不需要建立數(shù)學模型4.控制效果好返回本節(jié)4.1.2PID調(diào)節(jié)器的作用1.比例調(diào)節(jié)器2.比例積分調(diào)節(jié)器3.比例微分調(diào)節(jié)器4.比例積分微分調(diào)節(jié)器1.比例調(diào)節(jié)器1.比例調(diào)節(jié)器比例調(diào)節(jié)器的微分方程為：y=KPe(t)（4-1）式中：y為調(diào)節(jié)器輸出；Kp為比例系數(shù)；e(t)為調(diào)節(jié)器輸入偏差。由上式可以看出，調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差成正比。因此，只要偏差出現(xiàn)，就能及時地產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時的特點。比例調(diào)節(jié)器的特性曲線，如圖4
2、-1所示。圖4-1階躍響應特性曲線2.比例積分調(diào)節(jié)器2.比例積分調(diào)節(jié)器所謂積分作用是指調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差的積分成比例的作用。積分方程為：式中：TI是積分時間常數(shù)，它表示積分速度的大小，TI越大，積分速度越慢，積分作用越弱。積分作用的響應特性曲線，如圖4-2所示。圖4-2積分作用響應曲線若將比例和積分兩種作用結(jié)合起來，就構(gòu)成PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)規(guī)律為：PI調(diào)節(jié)器的輸出特性曲線如圖4-3所示。圖4-3PI調(diào)節(jié)器的輸出特性曲線3.比例微分調(diào)節(jié)器微分調(diào)節(jié)器的微分方程為：微分作用響應曲線如圖4-4所示。PD調(diào)節(jié)器的階躍響應曲線如圖4-5所示。4.比例積分微分調(diào)節(jié)器
3、為了進一步改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，往往把比例、積分、微分三種作用組合起來，形成PID調(diào)節(jié)器。理想的PID微分方程為：圖4-6PID調(diào)節(jié)器對階躍響應特性曲線返回本節(jié)4.2PID算法的數(shù)字實現(xiàn)4.2.1PID控制算式的數(shù)字化4.2.2PID算法程序設計返回本章首頁4.2.1PID控制算式的數(shù)字化由公式（4-5）可知，在模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，PID控制算法的模擬表達式為：式中：y(t)——調(diào)節(jié)器的輸出信號；e(t)——調(diào)節(jié)器的偏差信號，它等于給定值與測量值之差；KP——調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；TI——調(diào)節(jié)器的積分時間；TD——調(diào)節(jié)器的微分時間。增量式PID算法只需保持當前時刻以前三
4、個時刻的誤差即可。它與位置式PID相比，有下列優(yōu)點：（1）位置式PID算法每次輸出與整個過去狀態(tài)有關，計算式中要用到過去誤差的累加值，因此，容易產(chǎn)生較大的累積計算誤差。而增量式PID只需計算增量，計算誤差或精度不足時對控制量的計算影響較小。（2）控制從手動切換到自動時，位置式PID算法必須先將計算機的輸出值置為原始閥門開時，才能保證無沖擊切換。若采用增量算法，與原始值無關，易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。返回本節(jié)4.2.2PID算法程序設計在許多控制系統(tǒng)中，執(zhí)行機構(gòu)需要的是控制變量的絕對值而不是其增量，這時仍可采用增量式計算，但輸出則采用位置式的輸出形式
5、。由變換式（4-12）可得：現(xiàn)以式（4-14）進行編程。參數(shù)內(nèi)存分配如圖4-7所示，流程圖如圖4-8所示。圖4-7參數(shù)內(nèi)部RAM分配圖圖4-8PID位置式算法流程圖根據(jù)圖4-7流程圖編寫的程序清單如下：PID：MOVR5，31H；取wMOVR4，32HMOVR3，#00H；取u(n)MOVR2，2AHACALLCPL1；取u(n)的補碼ACALLDSUM；計算e(n)=w-u(n)MOV39H，R7；存e（n）MOV3AH，R6MOVR5，35H；取IMOVR4，36HMOVR0，#4AH；R0存放乘積高位字節(jié)地址指針ACALLMULT1；計算PI=I×
6、e(n)MOVR5，39H；取e(n）MOVR4，3AHMOVR3，3BH；取e(n-1)MOVR2，3CHACALLCPL1；求e(n-1)的補碼ACALLDSUM；求PP=Δe(n)=e(n)-e(n-1)MOVA，R7MOVR5，A；存Δe(n)MOVA，R6MOVR4，AMOVR3，4BH；取PIMOVR2，4AHACALLDSUM；求PI+PPMOV4BH，R7；存(PI+PP)MOV4AH，R6MOVR5，39H；取e(n)MOVR4，3AHMOVR3，3DH；取e(n-2）MOVR2，3EHACALLDSUM；計算e(n)+e(n-2)MO
7、VA，R7；存(e(n)+e(n-2))MOVR5，AMOVA，R6MOVR4，AMOVR3，3BH；取e(n-1)MOVR2，3CHACALLCPL1；求e(n-1)的補碼ACALLDSUM；計算e(n)+e(n-2)-e(n-1)MOVA，R7；存和MOVR5，AMOVA，R6MOVR4，AMOVR3，3BH；取e(n-1)MOVR2，3CHACALLCPL1；求e(n-1)的補碼ACALLDSUM；計算e(n)+e(n-2)-2e(n-1)MOVR3，47HMOVR2，46HMOVR5，2FH；取y(n-1)MOVR4，30HACALLDSUM；求
8、出y(n)=y(n-1)+KP×(PI+PP+PD)MOV2FH，R7；y(n)
