PDF《第五章 PID 控制算法控制算法》

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第五章 PID 控制算法控制算法 5.

1 PID 控制原理与程序流程 5.1.1 过程控制的基本概念 过程控制DD对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制.

一、模拟控制系统 图5-1-1 基本模拟反馈控制回路 被控量的值由传感器或变送器来检测,这个值与给定值进行比较,得到偏差,模拟调节 器依一定控制规律使操作变量变化,以使偏差趋近于零,其输出通过执行器作用于过程. 控制规律用对应的模拟硬件来实现,控制规律的修改需要更换模拟硬件.

二、微机过程控制系统 图5-1-2 微机过程控制系统基本框图 以微型计算机作为控制器.控制规律的实现,是通过软件来完成的.改变控制规律,只 要改变相应的程序即可.

三、数字控制系统 DDC 图5-1-3 DDC 系统构成框图 DDC(Direct Digital Congtrol)系统是计算机用于过程控制的最典型的一种系统.微型计算 机通过过程输入通道对一个或多个物理量进行检测,并根据确定的控制规律(算法)进行计算, 通过输出通道直接去控制执行机构,使各被控量达到预定的要求.由于计算机的决策直接作 用于过程,故称为直接数字控制. DDC 系统也是计算机在工业应用中最普遍的一种形式.

2 5.1.2 模拟 PID 调节器

一、模拟 PID 控制系统组成 图5-1-4 模拟 PID 控制系统原理框图

二、模拟 PID 调节器的微分方程和传输函数 PID 调节器是一种线性调节器, 它将给定值 r(t)与实际输出值 c(t)的偏差的比例(P)、 积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量,对控制对象进行控制.

1、PID 调节器的微分方程 式中

2、PID 调节器的传输函数

三、PID 调节器各校正环节的作用

1、比例环节:即时成比例地反应控制系统的偏差信号 e(t),偏差一旦产生,调节器 立即产生控制作用以减小偏差.

2、积分环节:主要用于消除静差,提高系统的无差度.积分作用的强弱取决于积分 时间常数 TI,TI 越大,积分作用越弱,反之则越强.

3、微分环节:能反应偏差信号的变化趋势(变化速率),并能在偏差信号的值变得太 大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减 小调节时间. 5.1.3 数字 PID 控制器

一、模拟 PID 控制规律的离散化 模拟形式 离散化形式

二、数字 PID 控制器的差分方程

3 式中 称为比例项 称为积分项 称为微分项

三、常用的控制方式

1、P 控制

2、PI 控制

3、PD 控制

4、PID 控制

四、PID 算法的两种类型

1、位置型控制DD例如图 5-1-5 调节阀控制

2、增量型控制DD例如图 5-1-6 步进电机控制 【例5―1】设有一温度控制系统,温度测量范围是 0~600℃,温度采用 PID 控制,控制 指标为 450±2℃.已知比例系数 ,积分时间 ,微分时间 ,采样周期 .当测量值 , , 时,计算增量输出

4 .若 ,计算第 n 次阀位输出 . 解:将题中给出的参数代入有关公式计算得 , , 由题知,给定值 ,将题中给出的测量值代入公式(5-1-4)计算得 代入公式(5-1-16)计算得 代入公式(5-1-19)计算得 5.1.4 PID 算法的程序流程

一、增量型 PID 算法的程序流程

1、 增量型 PID 算法的算式 式中 , ,

2、增量型 PID 算法的程序流程DD图5-1-7(程序清单见教材)

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二、位置型 PID 算法的程序流程

1、位置型的递推形式

2、位置型 PID 算法的程序流程DD图5-1-9 只需在增量型 PID 算法的程序流程基础上增加一次加运算Δu(n)+u(n-1)=u(n)和 更新 u(n-1)即可.