,这类效应叫做“饱和”效应。因这种现象在给定值发生突变时特别容易发生,故有时也称作“启动效应”。PID位置算法的积分饱和作用及其抑制产生积分饱和的原因若给定值w从0突变到w且有PID位置算式算出的控制量U超出限制围,如U>Umax,则实际执行的控制量为上界值Umax,而不是计算值。此时系统输出y虽不断上升,但由于控制量受到限制,其增长要比没有限制时慢,偏差e将比正常情况下持续更长的时间保持在正值,故位置式算式中积分项有较大累积值。当输出超出给定值w后,偏差虽然变为负值,但由于积分项的累积值很大,还要经过相当一段时间t后控制变量才能脱离饱和区,这样,就使系统输出出现了明显超调。显然,在PID位置算法中“饱和作用”主要是由积分项引起的,故称为“积分饱和”。
图3PID位置算法的计分饱和现象图4遇限削弱积分法克服积分饱和a理想情况的控制b有限制时产生积分饱和
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克服积分饱和的几种常见方法遇限削弱积分法这一修正算法的基本思想是:一但控制变量进入饱和区,将只执行削弱积分项的运算而停止进行增大积分项的运算。其算法框图如图5所示。
图5采用遇限削弱积分的PID位置算法
积分分离法减小积分饱和的关键在于不能使积分项累积过大。上面的修正方法是一开始就积分,但进入限制范围后即停止累积。而积分分离法正好与其相反,它在开始时不进行积分,直至偏差达到一定阈值后才进行积分累积。这样,一方面防止了一开始有过大的控制量;另一方面即使进入饱和后,因积分累积小,也能较快退出,减少了超调。
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图6积分分离法克服积分饱和(0〈t〈时,积分不累积,t〉时计分累积)
a不采用积分分离法;b采用积分分离法
采用积分分离法的PID位置算法框图如图7所示。系统输出在门限外时,该算法相当于一个PD调节器。只有在门范围内,积分部分才起作用,以消除系统静差。
图7采用积分分离法的PID位置算法
②干扰的抑制
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PID控制算法的输入量是偏差e,也就是给定值w与系统输出y的差。在进入正常调节后,由于y已接近w,e的值不会太大。所以相对而言,干扰值对调节有较大的影响。为了消除随机干扰的影响,除了从系统硬件及环境方面采取措施外,在控制算法上也应采取一定措施,以抑制干扰的影响。根据具体情况,经常采用以下几种抑制干扰方法:对于作用时间较为短暂的快速干扰例如采样器、AD转换器的偶然出错等,我们可以简单地采用连续多次采样求平均值的办法予以滤除。例如围绕着采样r