数字PID控制器ppt课件.ppt

第五章数字PID控制器2024/10/305.1数字控制器的连续化设计技术计算机控制系统的结构图：1.假想的连续控制器D(S)
设计的第一步就是找一种近似的结构，来设计一种假想的连续控制器D(S)，这时候我们的结构图可以简化为：

已知G(S)来求D(S)的方法有很多种，比如频率特性法、根轨迹法等。2.选择采样周期T我们能从上式得出什么结论呢？
上式表明，当T很小时，零阶保持器H(s)可用半个采样周期的时间滞后环节来近似。它使得相角滞后了。而在控制理论中，大家都知道，若有滞后的环节，每滞后一段时间，其相位裕量就减少一部分。我们就要把相应减少的相位裕量补偿回来。假定相位裕量可减少5°～15°，则采样周期应选为：3.将D(s)离散化为D(z)(1)双线性变换法双线性变换也可从数值积分的梯形法对应得到。设积分控制规律为

两边求拉氏变换后可推导得出控制器为

当用梯形法求积分运算可得算式如下

上式两边求Z变换后可推导得出数字控制器为
(2)前向差分法前向差分法也可由数值微分中得到。设微分控制规律为(3)后向差分法4.设计由计算机实现的控制算法5.校验2024/10/30设计方法：数字控制器的连续化设计是忽略控制回路中所有的零阶保持器和采样器，在S域中按连续系统进行初步设计，求出连续控制器，然后通过某种近似，将连续控制器离散化为数字控制器，并由计算机来实现。

PID控制器是实际工业控制过程中应用最广泛、最成功的一种控制方法。PID控制器的输入输出关系为：PID调节器的基本结构1、P（比例）控制2024/10/30浮球为水位传感器，杠杆为控制器，活塞阀为执行器。如果某时刻Q2加大，造成水位下降，则浮球带动活塞提高，使Q1加大才能阻止水位下降。比例控制过程1.PID控制原理---比例控制在实际的比例控制器中，习惯上使用比例度P来表示比例控制作用的强弱。
所谓比例度就是指控制器输入偏差的相对变化值与相应的输出相对变化值之比，用百分数表示。如果控制器输入、输出量程相等，则:比例度P的物理意义：例某比例控制器，温度控制范围为400～800℃，输出信号范围是4～20mA。当指示指针从600℃变到700℃时，控制器相应的输出从8mA变为16mA。求设定的比例度。1.PID控制原理---比例控制1.PID控制原理---比例控制1.PID控制原理---比例控制P控制对系统性能的影响：

Kp>1时：
a.开环增益加大，稳态误差减小；
b.剪切频率增大，过渡过程时间缩短；
c.系统稳定程度变差。
Kp<1时：
与Kp>1时，对系统性能的影响正好相反。2、I（积分）控制积分作用具有保持功能，故积分控制可以消除余差。
积分输出信号随着时间逐渐增强，控制动作缓慢，故积分作用不单独使用。2.PID控制原理---积分控制3、D（微分）控制微分作用能超前控制。在偏差出现或变化的瞬间，微分立即产生强烈的调节作用，使偏差尽快地消除于萌芽状态之中。4、比例积分调节器比例环节当e(t)=e0•1(t)
u(t)=Kpe0+Kpe0/Ti•tTi愈大，积分作用愈小。
Ti，PI控制器P控制器；
Ti0，PI控制器I控制器；
改变Ti，实际上改变比例作用和积分作用之间的相对大小。
改变Kp，既改变比例作用，又改变积分作用，而两个作用的比值却不变。
控制器采用PI时，由比例作用保证控制过程不会过分振荡，Kp削弱振荡倾向，但Kp过小将使过程拖得太长。
增大Ti，能使比例作用相对增强，也能减小振荡倾向，但Ti也不能过大，控制过程也将拖长。积分作用可使系统得到无差控制。特点特点特点5、比例微分调节器e比例环节tt实际常采用的PD的传递函数为决定微分作用的强弱有2个因素：
1)起始跳变幅度，用微分增益KD来衡量，
2)衰减时间长短，用微分时间TD来衡量。
输出跳得越高，或降得越慢，表示微分作用越强。
微分时间TD越大，微分作用越强。
微分增益KD是固定不变的，只与控制器的类型有关。
反微分控制器运用于噪音较大的系统，起滤波作用。特点特点6、比例积分微分调节器比例环节特点PID控制作用中，比例作用是基础控制；微分作用是用于加快系统控制速度；积分作用是用于消除静差。