计算机测控系统
读书笔记
《数字PID控制算法》
2017年10月
f一、参考文献
《计算机测控系统设计与应用》李正军机械工业出版社
百度文库
二、知识目录
1、主要内容
数字PID控制算法
对标准PID算法的改进
PID调节器的参数选择
2、重点内容
为什么要用PID调节器
数字PID控制算法的比例、积分、微分的作用特点和不足
PID控制算法数字化前提条件
两种算法表达式及相互比较
对标准PID算法的改进“饱和”作用的抑制
采样周期的选择依据
三、主要内容学习
1、数字PID控制算法
P比例I积分D微分
位置式PID算法
由于计算机控制是一种采样控制它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量因此式子
f中的计分和微分项不能直接准确计算只能用数值计算的方法逼近。在采样时刻tiTT为采样周器模拟PID调节规律可通过下数值公式近似计算
上式的控制算法提供了执行机构的位置Ui如阀门开度所以称之为位置式PID控制算法。
增量式PID算法
相减就可以导出下面的公式
上式称为增量式PID控制算法。也可以将其进行进一步改写。
其中
图1给出了位置式与增量式PID算法的结构比较。
图1位置式与增量式PID控制算法的简化示意图
a位置式b增量式
f增量式PID算法与位置式相比存在下列优点
①位置式算法每次输出与整个过去状态有关计算式中要用到过去偏差的累加值容易产生较大的累计误差。而增量式只需计算增量当存在计算误差或精度不足时对控制量计算的影响较小。
②控制从手动切换到自动时必须首先将计算机的输出值设置为原始阀门开度u0才能保证无冲击切换。如果采用增量算法则由于算式中不出现u0项易于实现手动到自动的无冲击切换。此外在计算机发生故障时由于执行装置本身有寄存作用故可仍然保持在原位。
因此在实际控制中增量式算法要比位置式算法应用更为广泛。图2给出了增量式PID控制算法子程序的流程。在初始化时应在内存固定单元置入调节参数d0d1d2和设定值w并设置误差初值eiei1ei20。
f图2增量式PID控制算法子程序流程
2、对标准PID算法的改进
①“饱和”作用的抑制
在实际过程中控制变量因受执行元件机械和物理性能的约束而限制在有限范围内即
f其变化率也有一定的限制范围即
如计算机给出的控制量在上述范围内那么控制可以按预期的结果进行。如超出上述范围则实际执行的将不再是计算值由此将得不到预期结果这类效应叫做“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r