第五章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)§5-1概述一、計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)構(gòu)成二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制步驟

1.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采樣：測(cè)量被控量的當(dāng)前值，轉(zhuǎn)換成離散數(shù)字化信號(hào)；

2.實(shí)時(shí)判斷：判斷被控量當(dāng)前值與給定值的偏差e；

3.實(shí)時(shí)控制：根據(jù)偏差e，作出控制決策，即按照預(yù)定的算法對(duì)偏差進(jìn)行運(yùn)算，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)；控制信號(hào)包括：

a.經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換輸出模擬控制信號(hào)；

b.開關(guān)量輸出：報(bào)警、限位＼延時(shí)等特定操作；

c.數(shù)字量輸出。三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.用分時(shí)操作實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)被控對(duì)象、多個(gè)回路的控制；

2.操作由計(jì)算機(jī)程序完成，擴(kuò)充修改方便，硬件改動(dòng)少；

3.在模擬控制系統(tǒng)中很多由硬件難以完成的功能，可以方便地由軟件完成。如：大時(shí)間常數(shù)的濾波，線性補(bǔ)償、系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償。§5-2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及分類一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成

1.硬件部分①主機(jī)②過程輸入輸出通道③操作設(shè)備④外部設(shè)備⑤通訊設(shè)備⑥系統(tǒng)支持功能監(jiān)控定時(shí)器、掉電保護(hù)、后備存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)日歷、總線匹配等2.軟件部分

①系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)軟件、調(diào)試程序及診斷程序等。②應(yīng)用軟件：系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對(duì)生產(chǎn)過程要求而編制的控制和管理程序。包括：過程輸入程序、過程控制程序、過程輸出程序、打印顯示程序、人機(jī)接口程序等。

二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類1.數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

①數(shù)據(jù)采集：由傳感器把溫度、壓力、流量、位移等物理量轉(zhuǎn)換來的模擬電信號(hào)經(jīng)過處理并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字量，輸入并存貯到計(jì)算機(jī)中。②數(shù)據(jù)處理：計(jì)算機(jī)將采集來的數(shù)字量進(jìn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，得出所需要的結(jié)果。

計(jì)算機(jī)不直接參與過程控制，屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用于過程控制的低級(jí)階段。

2.DDC直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DirectDigitalControl)①分時(shí)地對(duì)被控對(duì)象的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試；②將測(cè)試的結(jié)果與給定值比較得到偏差e，按預(yù)定的控制算法進(jìn)行數(shù)字分析、運(yùn)算；③將控制量直接輸出到調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，使各個(gè)被控參數(shù)保持在給定值上，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

DDC系統(tǒng)的特點(diǎn)：①用計(jì)算機(jī)代替模擬調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)至更多的控制回路(一般大于50個(gè)回路時(shí)，比較經(jīng)濟(jì))；②實(shí)現(xiàn)新型控制規(guī)律的運(yùn)用，如串級(jí)控制、前饋控制、自動(dòng)選擇性控制、具有大純滯后對(duì)象的控制等；③將顯示、記錄、報(bào)警和給定值設(shè)定等功能都集中在操作控制臺(tái)上，給操作人員帶來了很大方便；④只要改變程序即可實(shí)現(xiàn)控制規(guī)律轉(zhuǎn)換；⑤要求工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的可靠性高。

3.監(jiān)督控制系統(tǒng)SCC(SupervisoryProcessComputerControl)

由一臺(tái)高檔的微型計(jì)算機(jī)SCC與若干臺(tái)DDC系統(tǒng)構(gòu)成對(duì)生產(chǎn)過程的直接控制。

SCC和DDC計(jì)算機(jī)之間可以進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送。

SCC計(jì)算機(jī)根據(jù)原始工藝信息和工業(yè)過程現(xiàn)行狀態(tài)參數(shù)，按照生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行最優(yōu)化的分析計(jì)算，并將其算出的最優(yōu)化操作條件去重新設(shè)定DDC計(jì)算機(jī)的給定值；然后再由DDC系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。

4.分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)5.集散型控制系統(tǒng)三、計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)1.計(jì)算機(jī)在測(cè)試技術(shù)中的作用

(1)擴(kuò)展了測(cè)量參數(shù)的數(shù)目，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度；

(2)革新了檢測(cè)方法，使過去不能進(jìn)行的某些測(cè)量，現(xiàn)在能夠進(jìn)行了；

(3)簡(jiǎn)化了儀表，實(shí)現(xiàn)了集中控制；

(4)具有數(shù)據(jù)處理功能，以及專家推斷、分析與決策功能。2.計(jì)算機(jī)模擬信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（1）單通道數(shù)據(jù)采集只有一個(gè)被采集的模擬信號(hào)。（2）多通道數(shù)據(jù)采集①多路A／D轉(zhuǎn)換方式②多路共享A／D轉(zhuǎn)換方式③多路開關(guān)轉(zhuǎn)換方式3．?dāng)?shù)據(jù)采集（1）采樣定理

①信號(hào)的采樣將一個(gè)連續(xù)時(shí)間函數(shù)e(t)用時(shí)間離散的連續(xù)函數(shù)e*(t)來表示。把時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)間上離散的信號(hào)。這一過程稱為信號(hào)的采樣。

采樣周期T：兩次采樣之間的時(shí)間間隔。一個(gè)帶寬為(0--fm)的信號(hào)e(t)，用間隔時(shí)間為：T≤1/2fm的若干個(gè)采樣值來代表。

若用采樣值表示原來的信號(hào)e(t)，只要將采樣值通過一個(gè)截止頻率為fm低通濾波器即可還原e(t)。

采樣周期T越小，越接近連續(xù)系統(tǒng)，采樣精度越高。但這將加重計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)，因此合理選擇采樣周期顯得非常重要。

?。孩谛盘?hào)保持：在采樣時(shí)信號(hào)應(yīng)保持幅值不變，直到變換完成。（2）采樣／保持電路

在微機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中，由于A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換過程需要一定的時(shí)間，在A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換過程中必須保持參數(shù)值不變，完成上述功能的電路稱：采樣／保持(Sample／Hold)電路。

A1----輸入輸出緩沖運(yùn)算放大器A2----邏輯輸入控制的開關(guān)電路。

在采樣期間，開關(guān)S是閉合的。輸入信號(hào)Ui經(jīng)高增益的放大器A1輸出，向電容C充電。

在保持期間，開關(guān)S斷開，由于A2運(yùn)算放大器輸入阻抗很高，在理想情況下，電容C上的電壓將保持充電時(shí)的最終值。

4.數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器

功能：將輸入D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。

方法：利用譯碼電路控制D/A內(nèi)部的電阻網(wǎng)絡(luò)開關(guān)，輸出與數(shù)字量D呈比例的模擬電壓VA。VA數(shù)字量D與模擬量VA的關(guān)系：式中：開關(guān)：向左：向右：

電路中的電阻值與二進(jìn)制數(shù)碼每位的權(quán)有關(guān)，稱權(quán)電阻電路。二進(jìn)制數(shù)碼控制的開與關(guān)，該路電阻與基準(zhǔn)電壓接通；該路電阻與地接通。

在轉(zhuǎn)換器的輸出端由運(yùn)算放大器把各個(gè)支路產(chǎn)生的電流線性疊加且轉(zhuǎn)換為電壓輸出。5.逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換器

工作原理

組成：N位寄存器、N位D／A轉(zhuǎn)換器、比較器以及控制邏輯。

在比較器中與被轉(zhuǎn)換的模擬量Vx進(jìn)行比較：若Vx≥Vc：則DN=1；若Vx<Vc：則DN=0；再對(duì)DN—1位進(jìn)行比較，使DN—1=1，與上一位DN一起進(jìn)入D／A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后再進(jìn)入比較器，再與Vx比較，如此一位一位地繼續(xù)下去，直到最后了位D0比較完畢為止。

N位寄存器的數(shù)字量即為Vx所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。

由控制器使寄存器DN=1，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換成模擬量Vc（滿量程一半）送到比較器。

這種比較方法類似于對(duì)分搜索。一個(gè)N位A／D轉(zhuǎn)換器只需比較N次，由此可見，逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換器速度比較快，因而得到了廣泛的應(yīng)用。目前，很多集成電路A／D轉(zhuǎn)換器，大都是采用這種原理。如：

8位的ADC0804、ADC0809；

10位的AD7570；

12位的AD574。6.A／D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)

(1)分辨率：分辨度是A／D轉(zhuǎn)換器對(duì)微小輸入量變化的敏感程度。對(duì)于一個(gè)N位的A／D轉(zhuǎn)換器，其分辨度為

分辨度

滿刻度值實(shí)際上分辨度就等于1LSB。

(2)轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換率

A／D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間叫轉(zhuǎn)換時(shí)間。AD574轉(zhuǎn)換時(shí)間15μs

四.脈沖信號(hào)的采集

脈沖頻率與周期；脈沖個(gè)數(shù)的檢測(cè)；脈沖寬度的檢測(cè)。脈沖頻率檢測(cè)電路：信號(hào)頻率：脈沖寬度檢測(cè)（測(cè)周法）：五．計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1．設(shè)計(jì)任務(wù)（1）主機(jī)選型對(duì)于以測(cè)試(或控制)為主要任務(wù)的工程設(shè)計(jì)，一般選擇現(xiàn)有合適的微機(jī)產(chǎn)品。

（2）輸入通道結(jié)構(gòu)按照測(cè)試參數(shù)的多少，采樣頻率的高低等來選擇輸入通道的數(shù)量。（3）輸出通道結(jié)構(gòu)根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的功能要求，確定是否需要打印機(jī)打印數(shù)據(jù)，是否需要繪圖儀繪制動(dòng)態(tài)參數(shù)圖形，是否需要各種形式的超限報(bào)警設(shè)施等。2．輸人通道電路的設(shè)計(jì)分析

（1）傳感器選型在計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中，傳感器是影響系統(tǒng)性能的主要因素之一。根據(jù)測(cè)試的參數(shù)是壓力、溫度，選擇對(duì)應(yīng)的溫度、壓力傳感器。對(duì)于間接測(cè)量，首先要找出直接測(cè)量參數(shù)，然后根據(jù)參數(shù)選擇合適的傳感器。（2）A／D轉(zhuǎn)換器的選擇：按被測(cè)參數(shù)的精度，計(jì)算A／D的分辨率。例：分配到A／D轉(zhuǎn)換器的允許誤差為0．1％，以此作為量化誤差，則A／D的數(shù)字量位數(shù)應(yīng)滿足關(guān)系式：取n=10時(shí)：

A／D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓：

按單極性設(shè)計(jì)，選為：0—10V；按雙極性設(shè)計(jì)，選為：-5—+5V。（3）轉(zhuǎn)換數(shù)碼與模擬電壓值的對(duì)應(yīng)關(guān)系：?jiǎn)螛O性0—10V：雙極性-5—+5V：V—模擬電壓值；N—轉(zhuǎn)換數(shù)碼；A—滿量程電壓；n—轉(zhuǎn)換器位數(shù)?！?-2測(cè)試軟件設(shè)計(jì)

一、基本功能：

1.對(duì)輸入／輸出通道的控制管理功能；

2.測(cè)試數(shù)據(jù)的處理功能；

3.系統(tǒng)本身自檢測(cè)和自診斷功能；

4.軟件開發(fā)和調(diào)試修改用的系統(tǒng)監(jiān)控操作功能等。二、數(shù)字濾波程序的設(shè)計(jì)

a.硬件濾波：在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，由于被控對(duì)象的環(huán)境比較惡劣，干擾源比較多，在模擬系統(tǒng)中為了消除干擾，常常采用RC濾波電路。

b.軟件濾波：由微型機(jī)組成的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，為了減少對(duì)采樣值的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性，采用數(shù)字濾波的方法（程序?yàn)V波）。

數(shù)字濾波是通過一定的計(jì)算程序?qū)Σ蓸有盘?hào)進(jìn)行平滑加工，提高其有用信號(hào)，消除或減少各種干擾和噪音，以保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性．優(yōu)點(diǎn)：（1）不需增加任何硬設(shè)備，只要在程序進(jìn)入數(shù)據(jù)處理和控制算法之前，附加一段數(shù)字濾波即可。（2）由于數(shù)字濾波器不需增加硬設(shè)備，所以系統(tǒng)可靠性高，不存在阻抗匹配問題。（3）模擬濾波滯是每個(gè)通道都有，而數(shù)字濾波器則可以多個(gè)通道共用，降低成本。

（4）可對(duì)頻率很低的信號(hào)進(jìn)行濾波，而模擬濾波器由于受電容容量的影響，頻率不能太低。（5）使用靈活，方便，可根據(jù)需要選擇不同的濾波方法，或改變?yōu)V波器的參數(shù)。數(shù)字濾波具有上述優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)測(cè)試與控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1.程序判斷濾波

當(dāng)采樣信號(hào)由于隨機(jī)干擾和誤檢測(cè)或者變送器不穩(wěn)定而引起嚴(yán)重失真時(shí)，可采用程序判斷濾波。方法:

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定兩次采樣輸入信號(hào)可能出現(xiàn)的最大偏差ΔY，若超過此偏差值，則表明該輸入信號(hào)是干擾信號(hào)，應(yīng)該去掉；若小于此偏差值，可將信號(hào)做為本次采樣值。式中，Y（k）---第k次采樣值；

y(k一1)---第k-1次采樣值；

ΔY---兩次采樣值所允許的最大扁差。取本次采樣值取上次采樣值程序判斷濾波應(yīng)用場(chǎng)合：

用于變化比較緩慢的參數(shù)，如溫度、物位等測(cè)量系統(tǒng)。

程序判斷濾波關(guān)鍵問題：最大允許誤差ΔY的選取。

ΔY太大，各種干擾信號(hào)將“乘機(jī)而入”使系統(tǒng)誤差增大；

ΔY太小，將會(huì)使某些有用信號(hào)也被拒之門外，使計(jì)算機(jī)采樣效率變低。

門限值ΔY的選取是非常重要的。通?？筛鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得，必要時(shí)可由實(shí)驗(yàn)得出。2.中值濾波程序

對(duì)被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣n次(n取奇數(shù))，然后把n次的采樣從小到大(或從大到小)排隊(duì)，取中間值作為本次采樣值。

特點(diǎn)：中值濾波程序?qū)τ谌サ裘}沖性質(zhì)的干擾比較有效，但對(duì)快速變化過程的參數(shù)(如流量)則不宜采用。改變循環(huán)次數(shù)n，則可推廣到對(duì)任意采樣值進(jìn)行中值濾波，n值越大濾波效果越好?？偟牟蓸涌刂茣r(shí)間將增長(zhǎng)，所以n值不不能太大(—般取5～9即可)。

3.算術(shù)平均濾波程序把N個(gè)采樣區(qū)相加，然后取其算術(shù)平均作為本次采樣值，即：

式中：----第k次N個(gè)采樣值的算術(shù)平均值；

----第i次采樣值，

N----采樣次數(shù)．

特點(diǎn)：算術(shù)平均濾波程序主要用于對(duì)壓力、流量等周期脈動(dòng)的采樣值進(jìn)行平滑加工。平均次數(shù)N，取決于平滑度和靈敏度．隨著N值的增大，平滑度提高，靈敏度降低．通常流量取12次，壓力取4次。溫度如無噪聲可不平均。4.五點(diǎn)三次平滑（1）（2）（3）（4）（5）

在多個(gè)采樣值中：

前2個(gè)平滑數(shù)分別用式（1）和式（2）；

最后2個(gè)平滑數(shù)分別用式（4）和式（5）；

其余均采用式（3）（1）（2）（3）（4）（5）三、標(biāo)度變換對(duì)線性儀表系統(tǒng)，標(biāo)度變換公式為：

式中：---測(cè)量?jī)x表的下限值；

---測(cè)量?jī)x表的上限；

---實(shí)際測(cè)量值(工程量)；

---儀表下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量：

---儀表上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量：

---測(cè)量值所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。式中：Ao，Am，N。，Nm對(duì)于某—個(gè)固定的被測(cè)參數(shù)來說是常數(shù)，為了使程序簡(jiǎn)單，把被測(cè)參數(shù)的起點(diǎn)Ao(輸入信號(hào)為0)所對(duì)應(yīng)的A／D轉(zhuǎn)換器值定為0，即N。=0，則：例：壓力測(cè)量。已知：壓力傳感器輸入0-1.6MPa，

輸出2-10V，12位AD轉(zhuǎn)換器輸入范圍0-10V。求：AD轉(zhuǎn)換器輸出值為3600時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓力

解：12位AD轉(zhuǎn)換器輸入范圍0-10V，輸出：0-4095；輸入2V電壓時(shí)，AD值為：819。

§5-3直接數(shù)字控制系統(tǒng)一、概述1.DDC系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)直接參與閉環(huán)控制過程。2.操作功能：⑴從被控對(duì)象中獲取各種信息；⑵執(zhí)行能夠反映控制規(guī)律的控制算法，把計(jì)算結(jié)果以一定形式送到執(zhí)行器和(或)顯示報(bào)警裝置；⑶實(shí)現(xiàn)操作人員—控制臺(tái)—微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的聯(lián)系等。DDC系統(tǒng)特有的功能：“執(zhí)行能夠反映控制規(guī)律的控制算法”和“把計(jì)算結(jié)果以一定形式送到執(zhí)行器”。3.核心功能：控制規(guī)律是反映計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)性能的核心。⑴執(zhí)行控制算法，以實(shí)現(xiàn)控制規(guī)律。⑵直接對(duì)幾十以至幾百個(gè)控制回路進(jìn)行自動(dòng)巡回檢測(cè)和數(shù)字控制。DDC是利用計(jì)算機(jī)的分時(shí)處理能力對(duì)多個(gè)回路完成多種控制的一種計(jì)算機(jī)控制方式。4.模擬調(diào)節(jié)與DDC控制的比較5.DDC系統(tǒng)具備的功能⑴直接控制程序;⑵數(shù)據(jù)處理程序;⑶控制模型程序;⑷報(bào)警程序;⑸操作指導(dǎo)程序;⑹數(shù)據(jù)記錄程序;⑺人機(jī)聯(lián)系程序等。6.DDC系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合ⅰ.過程回路很多的大規(guī)模生產(chǎn)過程；ⅱ.被控參數(shù)需要進(jìn)行一些計(jì)算的生產(chǎn)過程；ⅲ.各參數(shù)間相互關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)過程；ⅳ.原料、產(chǎn)品和產(chǎn)量經(jīng)常變更的生產(chǎn)過程；ⅴ.具有較大滯后時(shí)間的工業(yè)對(duì)象。二、DDC基本算法DDC的基本算法：將控制模型數(shù)字化，通過計(jì)算機(jī)數(shù)字運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的控制。

PID調(diào)節(jié)器在模擬控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最成熟，參數(shù)選擇與調(diào)整都在長(zhǎng)期的應(yīng)用中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，且這些經(jīng)驗(yàn)和方法為廣大工程技術(shù)人員所熟悉。

基本的DDC算法：利用數(shù)字PID調(diào)節(jié)器取代模擬調(diào)節(jié)器，編制PID算法的程序。即：PID調(diào)節(jié)規(guī)律的數(shù)字化。

實(shí)踐證明：數(shù)字化PID能取得近似于PID模擬調(diào)節(jié)器的控制效果，而且在很多方面具有突出的優(yōu)勢(shì)：

i．可用一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)控制幾十個(gè)回路，大量節(jié)省設(shè)備和費(fèi)用，提高了系統(tǒng)的可靠性；

ⅱ.不僅用軟件代替了物理的PID調(diào)節(jié)器，而且由于編程靈活，可以很方便地對(duì)PID規(guī)律進(jìn)行各種改進(jìn)，衍生多種形式的PID算法，如帶死區(qū)的PID、帶自動(dòng)比率的PID等。PID參數(shù)的調(diào)整也只要改變程序的數(shù)據(jù)，十分方便。1.模擬PID控制

在連續(xù)控制系統(tǒng)中，PID控制器的輸出u(t)與輸入e(t)之間成比例、積分、微分的關(guān)系。即式中：e(t)=r(t)-y(t)，設(shè)定值r(t)與測(cè)量值y(t)的偏差。

Kp為比例增益，TI為積分時(shí)間常數(shù)，TD為微分時(shí)間常數(shù)。式中：u(t)

—模擬調(diào)節(jié)器輸出；e(t)

—控制偏差；Kp—比例系數(shù)；TI—積分時(shí)間常數(shù)；TD—微分時(shí)間常數(shù)。上式可寫成傳遞函數(shù)形式：在DDC系統(tǒng)中，用數(shù)字運(yùn)算實(shí)現(xiàn)PID的調(diào)節(jié)規(guī)律。PID基本算法理想PID實(shí)際PID比例積分運(yùn)算相同，微分項(xiàng)不同2.數(shù)字PID控制

位置式增量式速度式位置式增量式⑴位置式理想PID算法：計(jì)算機(jī)控制是采樣控制，要根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量式中的積分和微分不能直接使用，需要進(jìn)行離散化處理。即用數(shù)值計(jì)算方法逼近，用差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，此時(shí)：

積分項(xiàng)—用求和方式表示；微分項(xiàng)—用增量式表示。式中：T—采樣周期，e(k)—第k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；e(k-1)—第(k-1)次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；k—采樣時(shí)刻序號(hào)，k=0,1,2…。求和方式增量方式為方便將e(t)簡(jiǎn)化表示為e(k)，得到離散后的數(shù)字PID算法：將：代入：式中：KP—比例系數(shù)；TI—積分時(shí)間常數(shù)；TD—微分時(shí)間常數(shù)；T—采樣周期；k—采樣序號(hào)，k=0,1,2,…；u(k)—第k次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值；e(k)—第k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；e(k-1)—第(k-1)次采樣時(shí)刻輸入的偏差值。控制器輸出值u(k)直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如閥門)，u(k)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置(如閥門開度)將一一對(duì)應(yīng)，稱位置式PID控制算法。缺點(diǎn)：①由于全量輸出，所以每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì)e(k)進(jìn)行累加，計(jì)算機(jī)運(yùn)算的工作量大。②計(jì)算機(jī)的輸出與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置相對(duì)應(yīng)，若計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，u(k)的大幅度變化，會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置的大幅度變化，這種情況往往是生產(chǎn)實(shí)踐中不允許的，在某些場(chǎng)合，還可能造成重大的生產(chǎn)事故。⑵理想增量式PID算法

當(dāng)數(shù)字PID的輸出值u(t)是執(zhí)行器位置的增量時(shí)，稱增量式PID算法。

增量式數(shù)字PID的輸出增量是前后2次采樣所對(duì)應(yīng)的輸出差值：，將得：兩式相減得：代入若：—積分系數(shù)—微分系數(shù)，得：

以上兩式稱：理想增量式