第四章 离散PID控制器VIP免费

三、离散PID控制器1.PID控制的基本形式PID控制实质上是一种误差控制时域：021()()[()()]()()[()()]()()()1:(1)1tpdipidpidddidetutKetetdtTTdtEsUsKEsKKsEssKsKKsUsDsEssTsKTTss或者实用型其中：Kp，Ki,Ti，Td分别为：比例系数、积分系数，积分时间常数，微分时间常数，是滤波器时间常数，消除高频的噪声分别称为：比例系数，积分系数，微分系数dT,,dpipdpiTTKKKKKTT离散化：实用型：0111121()()()[()()][()()]()()()(1)(1)(1)()()()1kdpjidpipidTTukTKekTejTekTekTTTTTEzzEzEzTEzUzKTzTKzKKzUzDzEzz11()11,/DpidDddTTzDzKTzTzTTTTTTTT2.PID控制输出形成(1)位置式缺点：隐藏全部的历史数据e(kT-jT)如有问题，故障扰动太大。(2)增量式Δu(kT)=u(kT)-u(kT-T)=KpΔe(kT)+Kie(kT)+Kd[Δe(kT)-Δe(kT-T)]0()()()()()kdjiTTukTKekTejTekTekTTTT其中Δe(kT)=e(kT)-e(kT-T)Δe(kT-T)=e(kT-T)-e(kT-2T)误差的误差(3)速度式（目的均衡采样周期与输出大小，实际工程中很少使用）()()ukTvkTT3.PID系数对系统性能的影响PID控制的性能关键在于合理的选择PID参数即Kp，Ki，Kd(1)Kp增大→速度↑振荡↑超调量↑稳定性↓Kp过大→振荡增多，调节时间变长可能出现不稳定现象(2)Ki(Ti)引入→稳定性↓，速度↓Ki太大(Ti太小)→系统将不稳定，振荡次数增多，Ki太小，对系统性能的影响减小，Ki→消除静差(3)Kd合适引入→速度↑，稳定性↑，超调↓调节时间缩短Td过大或过小→导致超调量增大，调节时间加大4.PID控制器的几种改进形式(1)对输出量微分(作用，克服输入突变对系统和输出量的扰动）1:10.1ddTsDTs实用的r－＋PI－＋uDyr－＋PIuDy(2)对偏差微分（对给定值和输出量同时进行微分）r－＋PIuDy(3)对输出量的比例微分r－＋PDuIy－＋(4)不完全微分PID控制r－＋uPIDE(s)Gf（S）()Us'()utU(s)1()11()()()()()()()fftpdoifGsTsdetutKetetdtTTdtdututTutdt其中=+_+_()Ut()UtRC等效差分后解得：或：()()(1)()()()(1)()ffukTukTTukTukTukTTukTTTT(5)积分分离的PID控制为了避免长时间的积分，控制量进入深度饱和，积分分离的PID控制是一种有效实用方法000()()()[()()]1|()|||0|()|||kpeidjeukTKekTKKejTKekTekTTekTEKekTE(6)带死区的PID控制0|()|||()0PIDekTeekT时输出不变5.微分项的平滑算法在数字控制中，微分环节对整体系统性能带来很大的好处，但起动和输入、输出发生变化时会产生很大的冲击如：微分环节()()()[()()]()()()dddUsTsEsTukTekTekTTTekTrkTykT当起动和输入、输出变化时,e(kT)与e(kT-T)相差很大。这时ud(kT)很大；对于惯性较大的系统，经过一个T后，即e(kt+T)与e(kT)相差很小，这时ud(kt+T)≈0。平滑方法之一：取四点以t0为中心进行平滑滤波.方法：0k-3k-2tok-1kte（t）其中t0=(kT-1.5T)平滑微分输出0000()()()()()41.50.5()(2)()(3)0.51.5()3()3(2)(3)6dddTekTetekTTetukTTTetekTTetekTTTTTekTekTTekTTekTTT6.手动到自动无扰切换实现方法＋111(1)zz()Uk。。手动K＋。。手动自动()ukT()ekT当手动时，系统已稳定，相当于t→即z→1所以从到的稳态增益为1当处于自动时：为PI调节器，K为手自动匹配系数，α为动态常数，由于积分器的存在，即可以实现无扰动切换。()ukT()ukT11()()1()111(1)KekTukTKekTzzz7.数字PID调节器参数的整定(1)扩充临界比例度法选择PID参数a.纯比例控制，选择T调节Kpb.加大Kp，使系统振荡，确定临界振荡的Ks和振荡周期Tsc.选择控制度（即数字系统与模拟系统性能的相当程度）[定义：控制度为1.05时数字系统与模拟系统性能相当d.查表确定PID参数如一组...