PPT《3计算机控制系统的控制规律》

3计算机控制系统的控制规律 3.

1数字PID控制3.1.1数字PID算式 模拟PID算式 数字PID算式 3计算机控制系统的控制规律 3.1.1数字PID算式数字PID算式的两种形式 位置式PID算式: 增量式PID算式: 增量式PID算式推导 式中: 增量式PID算式推导 进一步整理得:(按ek,ek-1,ek-2项进行整理) 其中: 增量式PID算式的优点 (1) 机器故障时影响范围小;

(2) 手动-自动切换时冲击小;

(3) 计算相对简单. 3计算机控制系统的控制规律 3.1.2 PID参数的整定1)采样周期T的选择2)扩充临界比例度法整定Kp,Ti,Td 0.125 0.5 0.6 0.1 PID 临界比例度法 0.83 0.45 PI 简化的扩充 ... ... ... ... ... ... Td/Tk Ti/Tk Kp/Kk T/Tk 控制算式 控制度 扩充临界比例度法整定参数值简表 采用简化的扩充临界比例度法有下式成立: 将T,Ti,Td代入增量式PID算式 得: 采用简化的扩充临界比例度法有下式成立: 3计算机控制系统的控制规律 3.1.3 PID控制算式的发展1)带死区(不灵敏区)的PID控制 基本思想:在误差中人为地设置一个不灵敏区域,当误差小于不灵敏区域时,保持原控制量不变,当误差等于或大于不灵敏区域时,计算、输出当前时刻控制量. 图形描述 公式表示 适用于控制过程要求尽量平稳,控制精度要求不高的场合. 3计算机控制系统的控制规律 3.1.3 PID控制算式的发展2)积分分离的PID控制 图形描述 公式表示 适用场合 适用于有严重积分饱和的场合.如有滞后的系统大幅升降设定值时等. 3计算机控制系统的控制规律 3.1.3 PID控制算式的发展3)不完全微分的PID控制 模拟控制器中常用的三种不完全微分形式: (1)(2)(3) 3计算机控制系统的控制规律 3.1.3 PID控制算式的发展4) 微分先行的PID控制 作用 结构图 克服大幅度改变设定值时,设定值的变化引起微分项输出的急剧变化所造成的震荡现象. 3计算机控制系统的控制规律 3.2复杂控制规律3.2.1串级控制 系统结构 串级控制系统结构图 应用场合 串级控制系统主要用于解决多个因素影响同一被控量的相关问题. 主副回路关系 系统采样周期 3计算机控制系统的控制规律 3.2复杂控制系统3.2.1串级控制 例:某炉温控制系统如下图所示. 3计算机控制系统的控制规律 3.2复杂控制系统3.2.2前馈控制 应用场合 克服有滞后系统中主要的可测干扰. 基本思想 根据扰动的大小进行补偿的开环控制. 结构图 前馈-串级控制系统结构图 3计算机控制系统的控制规律 用途:主要用于对滞后较大的系统的纯滞后部分进行补偿 基本思想:在对象两侧并联一个史密斯预估控制器(史密斯补偿器), 使经补偿后的对象整体不含纯滞后部分. 3.2复杂控制系统3.2.3史密斯(Smith)预估控制 设含有纯滞后环节的对象传递函数为: 整理得: 补偿后可采用较大的控制作用对对象进行控制 计算机控制系统实现控制时,要将 转换成差分方程式 设对象传含为: 或 以一阶惯性环节加纯滞后环节为例 推导过程见P.40 用增量之比近似表示微分 差分方程 微分方程 L-1 求其差分方程表示形式 3计算机控制系统的控制规律 3.3数字PID控制器的工程实现 数字PID控制器结构框图 3计算机控制系统的控制规律 3.3数字PID控制器的工程实现 3.3.1设定值处理 主要解决多级和串级计算机控制系统中设定值的选择 设定值处理模块 3计算机控制系统的控制规律 3.3数字PID控制器的工程实现 3.3.2被控量处理 主要实现对被控量的上下限越限报警和限制被控量的变化率 被控量处理模块 带死区的报警状态示意图 3计算机控制系统的控制规律 3.3数字PID控制器的工程实现 3.3.3偏差处理 主要实现计算偏差,偏差报警,非线性特性处理和输入补偿四项功能 偏差处理模块 3计算机控制系统的控制规律 3.3数字PID控制器的工程实现 3.3.3偏差处理 1)计算偏差 2)偏差报警 当误差状态量=1时当误差状态量=0时 当偏差大于规定的范围时进行报警或限幅. 3计算机控制系统的控制规律 3.3数字PID控制器的工程实现 3.3.3偏差处理 3)非线性特性 指在误差中人为地设置一非线性特性区域,在此区域内,控制量的输出由增益K决定,即 .非线性区域外为常规PID控制. 带死区PID控制非线性PID控制常规PID控制 如 3计算机控制系统的控制规律 3.3数字PID控制器的工程实现 3.3.3偏差处理 4)输入补偿 输入补偿有两个输入(见图),加入输入补偿量的方法由输入补偿状态量ICM决定. 无补偿,不对外接输入信号进行补偿;