數(shù)字pid及其算法改進

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1、第六章數(shù)字PID及其改進算法檢測與控制技術◆課時授課計劃◆提綱◆課程內(nèi)容精品課程第六章數(shù)字PID及其改進算法課題：第6章數(shù)字PID及其改進算法6.1PID控制及作用6.2離散化的方法6.3數(shù)字PID及其算法6.4標準PID算法的改進6.5PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定6.6純滯后補償控制技術6.7串級控制技術6.8其它常用的控制方法目的與要求：了解和掌握數(shù)字PID控制算法、PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定。課時授課計劃第六章數(shù)字PID及其改進算法重點與難點：重點：數(shù)字PID控制算法、PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定。難點：標準PID算法的改進。課堂討論：為什么要對標準PID算法進行改進？現(xiàn)代教學方法與手段：微型計算機測

2、控技術網(wǎng)絡課程PowerPoint復習（提問）：數(shù)字PID控制算法兩種數(shù)學模型是什么？課時授課計劃第六章數(shù)字PID及其改進算法6.1PID控制及作用6.1.1比例調(diào)節(jié)器6.1.2比例積分調(diào)節(jié)器6.1.3比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID）6.2離散化的方法6.2.1差分變化法6.2.2零階保持器法6.2.3雙線性變化法6.3數(shù)字PID及其算法6.3.1位置式PID控制算法6.3.2PID增量式控制算法6.4標準PID算法的改進6.4.1“飽和”作用的抑制課程提綱第六章數(shù)字PID及其改進算法6.4.2不完全微分PID算法6.4.3微分先行PID算法6.4.4帶死區(qū)的PID控制6.4.5給定值突變時對控

3、制量進行阻尼的算法6.5PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定6.5.1湊試法確定PID調(diào)節(jié)參數(shù)6.5.2實驗經(jīng)驗法確定PID調(diào)節(jié)參數(shù)6.6純滯后補償控制技術6.6.1純滯后補償算法6.6.2純滯后補償環(huán)節(jié)的數(shù)字控制器課程提綱第六章數(shù)字PID及其改進算法6.8其它常用的控制方法6.8.1比值控制6.8.2選擇性控制思考題與習題：P229課程提綱第六章數(shù)字PID及其改進算法6.1PID控制及作用PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將設定值r（t）與輸出值c（t）進行比較構成控制偏差e（t）＝r（t）－c（t）將其按比例、積分、微分運算后，并通過線性組合構成控制量，如圖所示，所以簡稱為P（比例）、I（積分

4、）、D（微分）調(diào)節(jié)器。模擬PID調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)框圖課程內(nèi)容16.1.1比例調(diào)節(jié)器1.比例調(diào)節(jié)器的表達式2.比例調(diào)節(jié)器的響應比例調(diào)節(jié)器對于偏差階躍變化的時間響應如圖所示。比例調(diào)節(jié)器對于偏差e是即時反應的，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用使被控量朝著偏差減小的方向變化，控制作用的強弱取決于比例系數(shù)Kp的大小。Kp——比例系數(shù)；u0——是控制量的基準，也就是e＝0時的一種控制作用P調(diào)節(jié)器的階躍時間響應課程內(nèi)容2第六章數(shù)字PID及其改進算法2.比例調(diào)節(jié)器的特點簡單、快速，有靜差。6.1.2比例積分調(diào)節(jié)器1.比例積分調(diào)節(jié)器的表達式2.比例調(diào)節(jié)器的響應PI調(diào)節(jié)器對于偏差的階躍響應如圖所示?？煽闯龀?/p>

5、比例變化的成分外，還帶有累計的成分。只要偏差e不為零，它將通過累計作用影響控制量u，并減小偏差，直至偏差為零，控制作用不在變化，使系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)。TI——積分時間常數(shù)PI調(diào)節(jié)器的階躍響應課程內(nèi)容3第六章數(shù)字PID及其改進算法6.1.3比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID）1.比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID）表達式2.比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID）的響應理想的PID調(diào)節(jié)器對偏差階躍變化的響應如圖所示。它在偏差e階躍變化的瞬間t＝t0處有一沖擊式瞬時響應，這是由附加的微分環(huán)節(jié)引起的。3.微分環(huán)節(jié)的作用其控制規(guī)律為TD——微分時間（6-3）課程內(nèi)容4第六章數(shù)字PID及其改進算法它對偏差的任何變化都產(chǎn)生——控制作用u

6、d以調(diào)整系統(tǒng)輸出，阻止偏差的變化。偏差變化越快,ud越大，反饋校正量則越大。故微分作用的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。4.PID調(diào)節(jié)器與PI調(diào)節(jié)器的區(qū)別PI調(diào)節(jié)器雖然可以消除靜差，但卻降低了響應速度。PID調(diào)節(jié)器加快了系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)整時間，從而改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。課程內(nèi)容5第六章數(shù)字PID及其改進算法6.2離散化的方法微機測控系統(tǒng)是采用數(shù)字控制方式，所以應對模擬調(diào)節(jié)器進行離散化處理，以便微機能夠通過軟件實現(xiàn)其控制算法。6.2.1差分變化法離散化處理的方法之一，是將模擬調(diào)節(jié)器的微分方程表達式的導數(shù)可用差分近似代替。1.變換的基本方法把原連續(xù)校正裝置傳遞函數(shù)D（s）轉(zhuǎn)

7、換成微分方程，再用差分方程近似該微分方程。差分近似法有兩種：后項差分和前項差分。微機測控離散化只采用后項差分。2.后項差分法課程內(nèi)容6第六章數(shù)字PID及其改進算法（1）一階后項差分一階導數(shù)采用近似式：（2）二階后項差分二階導數(shù)采用近似式：例題：求慣性環(huán)節(jié)的差分方程解：由有化成微分方程：課程內(nèi)容7第六章數(shù)字PID及其改進算法以采樣周期離散上述微分方程得即用一階后項差分近似代替得：代入上式得整理得6.2.2零階保