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PID控制原理与控制算法
日期:2019-11-22 11:56:30 | 编辑:PID控制原理与控制算法

 一、过程控制的基本概念

过程控制--对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制。

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               图1 基本模拟反馈控制回路

  被控量的值由传感器或变送器来检测,这个值与给定值进行比较,得到偏差,模拟调节器依一定控制规律使操作变量变化,以使偏差趋近于零,其输出通过执行器作用于过程。

  控制规律用对应的模拟硬件来实现,控制规律的修改需要更换模拟硬件。

二、微机过程控制系统

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           图2 微机过程控制系统基本框图

  以微型计算机作为控制器。控制规律的实现,是通过软件来完成的。改变控制规律,只要改变相应的程序即可。

三、数字控制系统DDC

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              图3 DDC系统构成框图 

    DDC(Dircet Digital Congtrol)系统是计算机用于过程控制的最典型的一种系统。微型计算机通过过程输入通道对一个或多个物理量进行检测,并根据确定的控制规律(算法)进行计算,通过输出通道直接去控制执行机构,使各被控制力达到预定的要求。由于计算机的决策直接作用于过程,故称为直接数字控制。

  DDC系统也是计算机在工业应用中最普遍的一种形式。

 

模拟PID调节器

一、模拟PID控制系统组成

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        图4 模拟PID控制系统原理框图

二、模拟PID调节器的微分方程和传输函数

   PID调节器是一种线性调节器,它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(1)、微分(D)通过线性组合构成控制量,对控制对象进行控制。

1、PID调节器的微分方程

QQ截图20191228130515.jpg

2、PID调节器的传输函数

QQ截图20191228130526.jpg

三、PID调节器各校正环节的作用

1、比例环节:即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t),偏差一旦产生,调节器立即产生控制作用以减小偏差。

2、积分环节:主要用于消除静差,提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数T1,T1越大,积分作用越弱,反之则越强。

3、微分环节:能反应偏差信号的变化趋势(变化速率),并能在偏差信号的值变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减小调节时间。 

 数字PID控制器

一、模拟PID控制规律的离散化

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二、数字PID控制器的差分方程 

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三、常用的控制方式

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四、PID算法的两种类型

1、位置型控制--如图5-1-5调节阀控制

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2、增量型控制--如图5-1-6步进电机控制 

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PID算法的程序流程

一、增量型PID算法的程序流程

1. 增量型PID算法的算式

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2. 增量型PID算法的程序流程

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二、位置型PID算法的程序流程

1、位置型的递推形式

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2、位置型PID算法的程序流程(上图)

只需在增量型PID算法的程序流程基础上增加一次加运算△u(n)+u(n-1)=u(n)和更新u(n-1)即可。

三、对控制量的限制

1、控制算法总是受到一定运算字长的限制

2、执行机构的实际位置不允许超过上(或下)极限

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标准PID算法的改进

微分项的改进

一、不完全微分型PID控制算法

1、不完全微分型PID算法传递函数 

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2、完全微分和不完全微分作用的区别

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3、不完全微分型PID算法的差分方程

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