计算机控制技术--pid控制技术

《计算机控制技术--pid控制技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、PID控制技术PID概述模拟PID控制数字PID控制PID控制举例第五章PID控制技术PID概述什么是控制？简单地说，控制就是为了达到一定目的而实行的适当操作。步骤：（1）记住期望水位值；（2）测量水池实际水位；（3）计算期望水位与实际水位的误差；（4）根据误差正确地调节进水阀门。优点：控制的结果总是使实际水位的高度恒等于期望值。控制系统标准框图a.比例环节P弹簧的伸长y与力f成比例，即y=k1f（k1=定值）像弹簧这样的环节称为比例环节。设流入的流量为x，活塞的移动距离为y，S为活塞的截面积，t为时间。

2、如果x是变化的，即为t的函数，则也就是说，若以流入的流量x作为输入，以移动距离y作为输出，则油缸是个积分环节。b.积分环节I当流入的流量为一定值x0时，可以得出：y=x0t/S对质量为M的物体施一水平力f，当力为定值f0时，可以得出时间t后的速度v=f0t/M如果f是变化的，即为t的函数，则也就是说，若以外力f作为输入，以速度v作为输出，则质量M的物体也可以称之为积分环节。c.微分环节D求得活塞的移动距离y与作用于活塞的力f之间的关系：式中为缓冲器的粘性摩擦系数。也就是说，若以距离y作为输入，以力f作为输

3、出，则缓冲器可以称为微分环节。下面我们来说明一下在反馈控制中常用的PID控制。在PID控制的名称中，P指proportional(比例），I指integral（积分），D指derivative（微分），这意味着可利用偏差，偏差的积分值，偏差的微分值来控制。我们感兴趣的机器人系统中更多的是高度非线性及强耦合系统的控制问题。解决这些问题的新技术有：最优控制、解耦控制、自适应控制、变结构滑模控制及神经元网络控制等。e. PID控制或PID控制的基本形式可用下图表示。如果用e=(r-y)表示偏差，则PID控制变为

4、：式中，kP称为比例增益；kI称为积分增益；kD称为微分增益。它们是影响控制规律特性的参数，统称为反馈增益。而TI(=kP/kI)称为积分时间，TD(=kD/kP)称为微分时间，分别具有时间量纲。PID控制规律的传递函数可表示为:PID控制规律的离散形式为:式中，T为采样周期；e(n)为第n次采样的偏差值；e(n-1)为第n-1次采样时的偏差值。PID控制器的三个参数有不同的控制作用。（3）微分控制规律能反映输入信号的变化趋势，相对比例控制规律而言具有预见性，增加了系统的阻尼程度，有助于减少超调量，克服振

5、荡，使系统趋于稳定，加快系统的跟踪速度，但对输入信号的噪声很敏感。（1）P控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。在控制系统中，增大kP可加快响应速度，但过大容易出现振荡；（2）积分控制器能消除或减弱稳态偏差，但它的存在会使系统到达稳态的时间变长，限制系统的快速性；计算机控制技术课程讲义15一、比例控制(P控制)算式：X=KP*e+X0其中：KP：比例系数X0：输出基值比例功能：根据当前的偏差幅值决定输出的大小，偏差越大，输出越大，成线性比例关系。存在的问题：1.不能克服较小的偏差e：一般机械电子设备总是

6、存在着运动阻力f，当输出量的绝对值x小于f时，调节机构不再动作，使得对应于x的偏差e不能被克服。即：e0x0斜率Kp计算机控制技术课程讲义16x

7、：当使用Qout=0ml/s时，仍使用X0=10的设定让x0随Qout的变化而变化？实际上，x0是在e=0时，控制器应保持的基本输出，该输出的大小仅取决于执行机构的特征，不能改变。19二、比例+积分控制(PI控制)算式：积分功能：根据偏差大小及其存在时间决定输出，偏差乘时间积越大，输出越大，与下图面积成正比关系20解决的问题：1、消除小偏差e即：在xf，执行机构动作消除e2、在不同状态下调节输出使e=0et+xi-xiteoxp+xif21例：水

8、位调节设kp=1Ti=a(常数)x0=0(由阀门特性决定)有效范围：x=0~100，对应Qin=0~100ml/s分析状态：QinP给水XeQoutHR22整个过程变化txi=10e=0e=-2e=0e=4e=2e=2023上述分析中xi的数值可能假设的不尽合理，但其趋势变化过程是准确的。在其它Qout任意状态，e,x,的变化过程同上，都能达到最后的动态平衡且e=0,当然这还取决于kp,Ti数值的选取以保证上述曲线衰减收敛。存