02九月2023DesignofMechatronicalSystems第六章機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制技術(shù)6.1常規(guī)數(shù)字PID控制算法6.2數(shù)字PID的改進(jìn)算法6.3數(shù)字PID參數(shù)整定6.4*

機(jī)電一體化系統(tǒng)的智能技術(shù)思考題與習(xí)題02九月2023DesignofMechatronicalSystems第六章機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制技術(shù)6.1常規(guī)數(shù)字PID控制算法

6.1.1PID控制的基本原理

6.1.2數(shù)字PID算法

6.1.3數(shù)字PID控制器的實(shí)現(xiàn)

02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.1.1PID控制的基本原理1.比例控制作用2.積分控制作用3.比例積分控制作用4.微分控制作用5.比例積分微分控制作用02九月2023DesignofMechatronicalSystems1.比例控制作用比例控制作用：能迅速反映誤差，從而減小誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，比例系數(shù)的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。Kp為控制器的比例系數(shù)02九月2023DesignofMechatronicalSystems1.比例控制作用不能消除穩(wěn)態(tài)誤差——靜差02九月2023DesignofMechatronicalSystems1.比例控制作用在不同的負(fù)荷下，被控參數(shù)H的穩(wěn)態(tài)值是不同的，高負(fù)荷對應(yīng)著較低水位，低負(fù)荷對應(yīng)著較高水位。比例度02九月2023DesignofMechatronicalSystems1.比例控制作用比例度δ的物理意義當(dāng)輸出信號作全量程范圍變化時，所需輸入信號做全量程范圍變化的百分?jǐn)?shù)。也就是說，調(diào)節(jié)器從全關(guān)到全開時，被控參數(shù)需要改變?nèi)砍谭秶陌俜謹(jǐn)?shù)為比例度，其表達(dá)式為調(diào)節(jié)器輸出信號全量程被控參數(shù)全量程02九月2023DesignofMechatronicalSystems1.比例控制作用圖6.4比例度對控制過程的影響02九月2023DesignofMechatronicalSystems2.積分控制作用積分作用：積分控制能消除靜差，但作用不及時（滯后），波動大（振蕩），甚至出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象。KI：積分速度，越大，則積分作用越強(qiáng)。TI＝1/KI：積分時間。02九月2023DesignofMechatronicalSystems2.積分控制作用水位偏離給定水位越大油缸上下腔壓差越大調(diào)節(jié)閥移動速度就越快符合積分動作規(guī)律02九月2023DesignofMechatronicalSystems2.積分控制作用閥門開度減小閥門開度增大H最大→e最大，B點(diǎn)處，閥門開速u(t)最快02九月2023DesignofMechatronicalSystems2.積分控制作用理應(yīng)關(guān)小調(diào)節(jié)閥，與實(shí)際一致理應(yīng)開大調(diào)節(jié)閥，與實(shí)際相反導(dǎo)致e反向變化加劇系統(tǒng)振蕩超調(diào)。tu積分能消除穩(wěn)態(tài)誤差，但其滯后作用也會導(dǎo)致振蕩，超調(diào)增大。02九月2023DesignofMechatronicalSystems2.積分控制作用積分超調(diào)的原因：（1）直接原因積分調(diào)節(jié)器的積分作用不及時，控制過程緩慢，且波動會加大，從而導(dǎo)致系統(tǒng)不易穩(wěn)定。（2）根本原因是因?yàn)榉e分控制過程中只考慮被控參數(shù)（H）變化的大小和方向，不考慮被控參數(shù)（H）變化速度的大?。ㄗ兓炻┖头较颉?2九月2023DesignofMechatronicalSystems2.積分控制作用KI

值越大，積分作用越強(qiáng)TI

值越小，積分作用越強(qiáng)02九月2023DesignofMechatronicalSystems2.積分控制作用比例控制動作及時，但是有靜差；積分控制雖能消除靜差，但又容易使控制過程產(chǎn)生振蕩，且時間長，被控參數(shù)波動幅度也較大。在實(shí)際應(yīng)用中總是將它們結(jié)合起來，取其所長，組成一個以比例控制為主、積分控制為輔（主要用來消除靜差）的調(diào)節(jié)器，這樣，既能控制及時，又無靜差。02九月2023DesignofMechatronicalSystems3.比例積分控制作用PI控制的動作規(guī)律是比例作用和積分作用兩者的綜合，即積分時間TI： 因受比例度δ的影響，又稱重定時間，或再調(diào)時間。02九月2023DesignofMechatronicalSystems3.比例積分控制作用圖6.10PI調(diào)節(jié)器的動態(tài)特性+t1積分時間02九月2023DesignofMechatronicalSystems3.比例積分控制作用如果up=uI，則∵ e(t)=const∴ 02九月2023DesignofMechatronicalSystems3.比例積分控制作用圖6.11積分時間對控制過程的影響（a）（b）（c）（d）02九月2023DesignofMechatronicalSystems3.比例積分控制作用（a）表示TI

太小，積分作用太強(qiáng)，即消除靜態(tài)偏差能力強(qiáng)，動態(tài)偏差也有所下降，被控參數(shù)振蕩加劇，穩(wěn)定性降低。（b）表示TI合適，經(jīng)2～3個波后過渡過程結(jié)束。（c）表示TI太大，積分作用不明顯，消除靜態(tài)偏差能力弱，過渡過程時間長，動態(tài)偏差也增大，但振蕩減緩，穩(wěn)定性提高。（d）表示TI→∞，比例積分調(diào)節(jié)器不起積分作用，這時調(diào)節(jié)器只起比例調(diào)節(jié)作用，有靜態(tài)偏差存在。02九月2023DesignofMechatronicalSystems3.比例積分控制作用因積分作用加強(qiáng)也引起振蕩，對于滯后大的對象更為明顯。因此，調(diào)節(jié)器的積分時間TI應(yīng)按被控對象的特性來選擇，例如，對于管道壓力、流量等滯后不大的被控對象，TI可選得小些；溫度被控對象的滯后較大，TI可選得大些。比例積分調(diào)節(jié)器兼有比例調(diào)節(jié)器和積分調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)，因此，得到了廣泛的應(yīng)用。02九月2023DesignofMechatronicalSystems4.微分控制作用4.微分控制作用微分控制的主要作用是克服被控參數(shù)的滯后。為減小滯后，可根據(jù)被控參數(shù)的變化趨勢來進(jìn)行控制。有“超前”的作用，因此，能比較有效地改善滯后比較大的被控對象的控制質(zhì)量。02九月2023DesignofMechatronicalSystems4.微分控制作用微分控制是指調(diào)節(jié)器的輸出與偏差變化速度成正比，簡稱D，用數(shù)學(xué)式表示為微分時間02九月2023DesignofMechatronicalSystems4.微分控制作用誤差一個階躍信號實(shí)際微分ＰＤ，其中比例度為１。理想微分實(shí)際上并不存在02九月2023DesignofMechatronicalSystems4.微分控制作用T=KDTD-1時間常數(shù)02九月2023DesignofMechatronicalSystems4.微分控制作用微分作用的方向總是阻止被控參數(shù)的變化，力圖使偏差不變。適當(dāng)加入微分作用，可減小被控參數(shù)的動態(tài)偏差，有抑制振蕩、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的效果。但不適當(dāng)?shù)卦黾游⒎肿饔?，會使被控參?shù)產(chǎn)生高頻振蕩。如果微分作用太弱，就無改善系統(tǒng)控制質(zhì)量的作用。微分作用只在動態(tài)過程中有效，微分控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在系統(tǒng)設(shè)計中，往往將微分作用與其他控制作用相結(jié)合。02九月2023DesignofMechatronicalSystems4.微分控制作用（a）階躍擾動（b）偏差（c）P控制（e）PD控制（d）D控制（a）TD太大（b）TD合適（c）TD太?。╠）TD=002九月2023DesignofMechatronicalSystems4.微分控制作用PD調(diào)節(jié)器的應(yīng)用有時也將受到限制，這是因?yàn)槲⒎肿饔弥辉诒豢貐?shù)發(fā)生變化時起作用，而且不允許被控參數(shù)的信號中含有干擾成分，因?yàn)槲⒎謩幼鲗Ω蓴_很敏感、反應(yīng)快，很容易造成調(diào)節(jié)閥的誤動作。因此，PD調(diào)節(jié)器常用于延遲較大的溫度調(diào)節(jié)中。02九月2023DesignofMechatronicalSystems5.比例積分微分控制作用5.比例積分微分控制控制量基準(zhǔn)，一般u0(0)=002九月2023DesignofMechatronicalSystems5.比例積分微分控制作用由P、I、D作用的基本原理知：P控制作用是對于偏差e（t）的即時反應(yīng)，使系統(tǒng)朝著減小偏差的方向變化；I控制作用是對偏差e（t）產(chǎn)生積分累積，使系統(tǒng)消除靜差，以求減小偏差，直至偏差為零；D控制作用是對偏差e（t）的變化作出反應(yīng)，按偏差e（t）變化趨勢進(jìn)行預(yù)測控制，使偏差消滅于萌芽狀態(tài)之中。02九月2023DesignofMechatronicalSystems5.比例積分微分控制作用（a）偏差（b）P控制（c）I控制（d）D控制（e）PID控制PID控制系統(tǒng)的動態(tài)特性PID控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程02九月2023DesignofMechatronicalSystems5.比例積分微分控制作用在t0時刻，偏差一出現(xiàn)，微分作用立即發(fā)生以阻止偏差的變化，比例作用也同時克服偏差，接著積分作用慢慢將殘余偏差消除掉。02九月2023DesignofMechatronicalSystems第六章機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制技術(shù)6.1常規(guī)數(shù)字PID控制算法

6.1.1PID控制的基本原理

6.1.2數(shù)字PID算法

6.1.3數(shù)字PID控制器的實(shí)現(xiàn)

02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.1.2數(shù)字PID算法數(shù)字PID位置型控制（6.16）02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.1.2數(shù)字PID算法數(shù)字PID位置型控制示意圖u（k）為全量輸出，與過去所有狀態(tài)有關(guān)，它對應(yīng)于被控對象（如調(diào)節(jié)閥）每次采樣時刻應(yīng)達(dá)到的位置。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.1.2數(shù)字PID算法數(shù)字PID增量型控制（6.17）（6.16）－02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.1.2數(shù)字PID算法數(shù)字PID增量型控制計算u（k），只用到采樣時刻k、k?1

和k?2的偏差值e（k）、e（k?1）、e（k?2）和向前遞推一次的輸出值u（k?1），顯然，減少了計算機(jī)的計算量，從而節(jié)省計算機(jī)內(nèi)存和縮短計算時間。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.1.2數(shù)字PID算法增量型數(shù)字PID控制算法主要有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）增量型數(shù)字PID控制算法只與最近幾次采樣的偏差值有關(guān)，不需要進(jìn)行累加，或者說，累加工作由其他元件去完成，故不易產(chǎn)生誤差積累，控制效果好。（2）增量型數(shù)字PID控制算法只輸出控制增量，誤差動作影響小。（3）增量型數(shù)字PID控制算法中，沒有出現(xiàn)u0項(xiàng)，對于執(zhí)行機(jī)構(gòu)來說，表示其具有保持作用，故易于實(shí)現(xiàn)手動與自動之間的無擾動切換，或能夠在切換時平滑過渡。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.1.2數(shù)字PID算法數(shù)字PID控制器的脈沖傳遞函數(shù)形式02九月2023DesignofMechatronicalSystems第六章機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制技術(shù)6.1常規(guī)數(shù)字PID控制算法

6.1.1PID控制的基本原理

6.1.2數(shù)字PID算法

6.1.3數(shù)字PID控制器的實(shí)現(xiàn)

02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.1.3數(shù)字PID控制器的實(shí)現(xiàn)圖6.19增量型數(shù)字PID控制算法流程圖02九月2023DesignofMechatronicalSystems第六章機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制技術(shù)6.1常規(guī)數(shù)字PID控制算法6.2數(shù)字PID的改進(jìn)算法6.3數(shù)字PID參數(shù)整定6.4*

機(jī)電一體化系統(tǒng)的智能技術(shù)思考題與習(xí)題02九月2023DesignofMechatronicalSystems第六章機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制技術(shù)6.2數(shù)字PID的改進(jìn)算法

6.2.1積分項(xiàng)的改進(jìn)算法

6.2.2微分項(xiàng)的改進(jìn)算法

6.2.3死區(qū)非線性數(shù)字PID算法

02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.1積分項(xiàng)的改進(jìn)算法1.積分項(xiàng)的改進(jìn)算法在常規(guī)的位置型數(shù)字PID算法中，當(dāng)有較大的擾動或大幅度改變給定值時，系統(tǒng)的輸出不可能立即跟上輸入的變化，系統(tǒng)存在慣性和滯后，在積分項(xiàng)作用下，往往會產(chǎn)生較大的超調(diào)和長時間的波動。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.1積分項(xiàng)的改進(jìn)算法積分飽和產(chǎn)生原因：——控制器字長的限制。（a）理想情況的控制（b）有限制時產(chǎn)生積分飽和退出飽和02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.1積分項(xiàng)的改進(jìn)算法（1）積分分離法由于系統(tǒng)積分長期積累，積分項(xiàng)數(shù)值很大（若超出字長表達(dá)范圍，則會飽和），這樣導(dǎo)致系統(tǒng)較大超調(diào)，甚至引起系統(tǒng)振蕩。為避免這種情況，引入邏輯判斷功能，使積分項(xiàng)在大偏差時不起作用，而在小偏差時起作用。這樣，即保持了積分作用，又減小了系統(tǒng)超調(diào)，改善了系統(tǒng)的性能。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.1積分項(xiàng)的改進(jìn)算法積分分離PID算法表達(dá)式：02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.1積分項(xiàng)的改進(jìn)算法圖6.21積分分離PID算法積分項(xiàng)處理程序框圖圖6.22積分分離法控制普通PID積分分離PID02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.1積分項(xiàng)的改進(jìn)算法（2）遇限削弱積分法基本思想是：當(dāng)控制量進(jìn)入飽和區(qū)后，只執(zhí)行削弱積分項(xiàng)的運(yùn)算而不進(jìn)行增大積分項(xiàng)的累加。tU(k)umaxumin02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.1積分項(xiàng)的改進(jìn)算法tU(k)umaxumin02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.1積分項(xiàng)的改進(jìn)算法（3）變速積分的PID算法（6.16）02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.1積分項(xiàng)的改進(jìn)算法變速積分PID算法與積分項(xiàng)的累加速度與偏差大小相對應(yīng)，偏差大時積分累加慢，偏差小時積分累加快。以利于盡快消除偏差。當(dāng)偏差大于（A+B）時，關(guān)閉積分器，不再進(jìn)行累加；當(dāng)偏差在B和（A+B）這一范圍內(nèi)，適當(dāng)減弱積分作用，累加部分當(dāng)前值；當(dāng)偏差小于B值時，作完全積分，與常規(guī)PID的積分項(xiàng)相同。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.1積分項(xiàng)的改進(jìn)算法變速積分PID算法是一種新型的PID算法，它使數(shù)字PID積分的性能大大提高，完全可以消除常規(guī)數(shù)字PID算法存在的積分飽和現(xiàn)象，并使超調(diào)量大大減小，有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.1積分項(xiàng)的改進(jìn)算法（4）帶死區(qū)的PID控制算法在計算機(jī)中人為的設(shè)置一個不靈敏死區(qū)e0，當(dāng)偏差的絕對值小于e0時，其控制輸出維持上次的輸出；當(dāng)偏差的絕對值不小于e0

時，則進(jìn)行正常的PID控制輸出。e0可調(diào)，若e0

太小，使控制動作過于頻繁，達(dá)不到穩(wěn)定被控對象的目的。若e0

過大，則系統(tǒng)產(chǎn)生很大的滯后。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.1積分項(xiàng)的改進(jìn)算法帶死區(qū)的PID控制系統(tǒng)框圖02九月2023DesignofMechatronicalSystems第六章機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制技術(shù)6.2數(shù)字PID的改進(jìn)算法

6.2.1積分項(xiàng)的改進(jìn)算法

6.2.2微分項(xiàng)的改進(jìn)算法

6.2.3死區(qū)非線性數(shù)字PID算法

02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.2微分項(xiàng)的改進(jìn)算法（1）準(zhǔn)微分?jǐn)?shù)字PID控制算法微分只在誤差變化的時間起作用，起作用的時間非常短暫，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被控對象由于慣性來不及反應(yīng)，造成控制質(zhì)量降低。而且微分對高頻干擾對微分很靈敏，即易引起振蕩。圖6.25準(zhǔn)微分PID型控制系統(tǒng)框圖02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.2微分項(xiàng)的改進(jìn)算法準(zhǔn)微分?jǐn)?shù)字PID位置型算式02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.2微分項(xiàng)的改進(jìn)算法準(zhǔn)微分?jǐn)?shù)字PID位置型算式準(zhǔn)微分?jǐn)?shù)字PID增量型算式02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.2微分項(xiàng)的改進(jìn)算法（a）常規(guī)PID控制（b）準(zhǔn)微分PID控制02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.2微分項(xiàng)的改進(jìn)算法在第一個采樣周期，準(zhǔn)微分?jǐn)?shù)字PID調(diào)節(jié)器的輸出比常規(guī)數(shù)字PID調(diào)節(jié)器的輸出小得多。在后來的采樣周期里，因?yàn)闇?zhǔn)微分?jǐn)?shù)字PID調(diào)節(jié)器仍有微分作用，所以，具有較理想的調(diào)節(jié)性能。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.2微分項(xiàng)的改進(jìn)算法（2）微分先行數(shù)字PID控制算法對輸出量微分，即只對輸出量c（t）微分，不對給定值r（t）進(jìn)行微分。這種微分先行數(shù)字PID算法適合于給定值頻繁升降的場合，可以避免因提降給定值時所引起的超調(diào)。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.2微分項(xiàng)的改進(jìn)算法圖(a)只對輸出量微分[準(zhǔn)微分——不完全微分]。圖(b)是對e(t)=r(t)-c(t)微分。偏差微分適用于串級控制的副控回路，因?yàn)楦笨鼗芈返慕o定值是由主控調(diào)節(jié)器給定的，所以，也應(yīng)該對其作微分處理，在副控回路設(shè)置偏差微分。（a）輸出量微分（b）輸出偏差微分02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.2微分項(xiàng)的改進(jìn)算法四點(diǎn)中心差分法構(gòu)成偏差平均值加權(quán)平均，構(gòu)成近似微分項(xiàng)為：消除隨機(jī)干擾措施PID增量算法02九月2023DesignofMechatronicalSystems第六章機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制技術(shù)6.2數(shù)字PID的改進(jìn)算法

6.2.1積分項(xiàng)的改進(jìn)算法

6.2.2微分項(xiàng)的改進(jìn)算法

6.2.3死區(qū)非線性數(shù)字PID算法

02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.3死區(qū)非線性數(shù)字PID算法在計算機(jī)中人為的設(shè)置一個不靈敏死區(qū)e0，當(dāng)偏差的絕對值小于e0時，其控制輸出維持上次的輸出；當(dāng)偏差的絕對值不小于e0

時，則時行正常的PID控制輸出。e0可調(diào)，若e0

太小，使控制動作過于頻繁，達(dá)不到穩(wěn)定被控對象的目的。若e0

過大，則系統(tǒng)產(chǎn)生很大的滯后。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.2.3死區(qū)非線性數(shù)字PID算法帶死區(qū)的PID控制系統(tǒng)框圖02九月2023DesignofMechatronicalSystems第六章機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制技術(shù)6.1常規(guī)數(shù)字PID控制算法6.2數(shù)字PID的改進(jìn)算法6.3數(shù)字PID參數(shù)整定6.4*

機(jī)電一體化系統(tǒng)的智能技術(shù)思考題與習(xí)題02九月2023DesignofMechatronicalSystems第六章機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制技術(shù)6.3數(shù)字PID參數(shù)整定

6.3.1采樣周期的選擇

6.3.2擴(kuò)充臨界比例度整定法

6.3.3擴(kuò)充響應(yīng)曲線整定法

02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3數(shù)字PID參數(shù)整定確定比例增益KP、積分時間常數(shù)TI、微分時間常數(shù)TD和采樣周期T，以使系統(tǒng)全面滿足各項(xiàng)控制指標(biāo)，這一過程叫做數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.1采樣周期的選擇(1)Ｔ要滿足采樣定理的要求02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.1采樣周期的選擇（2）系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。采樣周期對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有直接影響，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，應(yīng)滿足系統(tǒng)穩(wěn)定條件下選擇最大采樣周期值。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.1采樣周期的選擇（3）給定值和擾動信號頻率的影響。如果干擾信號的最高頻率已知，作用于系統(tǒng)的擾動信號頻率越高，則采樣頻率也越高、采樣周期T越小，以使盡快抑制干擾。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.1采樣周期的選擇（4）計算機(jī)或微處理機(jī)精度的影響。采樣周期的選擇要考慮計算機(jī)或微處理機(jī)字長等因素。如果采樣周期太小，前后兩次采樣數(shù)值之差有可能由于微處理機(jī)精度不高而反映不出來，使積分和微分作用不明顯。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.1采樣周期的選擇（5）控制回路數(shù)的影響?？刂苹芈窋?shù)多時，為了使每個回路的控制算法都有足夠的時間完成，則采樣周期長；反之，控制回路數(shù)少時，采樣周期短。多回路控制采樣周期應(yīng)滿足

式中，N

為回路數(shù)；τs

為采樣時間。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.1采樣周期的選擇（6）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性。采樣周期的長短要與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的慣性相適應(yīng)，執(zhí)行機(jī)關(guān)的慣性大，則采樣周期就要相應(yīng)的長，否則，也可能由于微處理機(jī)精度問題，使積分和微分作用不明顯。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.1采樣周期的選擇（7）閉環(huán)系統(tǒng)的頻帶范圍。設(shè)閉環(huán)系統(tǒng)要求的頻帶為ωb，則系統(tǒng)采樣頻率范圍為

ωs>(25～100)ωb

式中，ωs

為采樣頻率。02九月2023DesignofMechatronicalSystems第六章機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制技術(shù)6.3數(shù)字PID參數(shù)整定

6.3.1采樣周期的選擇

6.3.2擴(kuò)充臨界比例度整定法

6.3.3擴(kuò)充響應(yīng)曲線整定法

02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.2擴(kuò)充臨界比例度整定法整定步驟如下:

（1）選擇采樣周期T。首先要合適的采樣周期T。一般采樣周期小于被控對象純滯后時間的十分之一。（2）確定比例度δ。若系統(tǒng)采取比例控制，即無積分作用和微分作用，則比例度δ=1/Kp。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.2擴(kuò)充臨界比例度整定法逐漸降低比例度δ，會使系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩，相應(yīng)的振蕩周期稱為臨界振蕩周期Tk，則比例度為臨界比例度δk。記錄δk和Tk值，畫出擴(kuò)充臨界比例度試驗(yàn)曲線，如圖6.31所示。圖6.31擴(kuò)充臨界比例度試驗(yàn)曲線02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.2擴(kuò)充臨界比例度整定法（3）選擇控制度。控制度定義為控制度僅是表示控制效果的物理概念。一般地，當(dāng)控制度為1:1.05時，數(shù)字調(diào)節(jié)器與模擬調(diào)節(jié)器的控制效果相當(dāng)。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.2擴(kuò)充臨界比例度整定法（4）參數(shù)整定。選定控制度后，通過表6.1可求得T、KP、TI和TD使用擴(kuò)充臨界比例法無需事先知道被控對象的動態(tài)特性，就可直接進(jìn)行參數(shù)整定。（5）參數(shù)的整定只給出一個參考值，需再經(jīng)過實(shí)際調(diào)整，直到獲得滿意的控制效果為止。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.2擴(kuò)充臨界比例度整定法控制度控制規(guī)律T/TkKp/KkTi/TkTd/Tk1.05PIPID0.030.0140.550.630.880.49—0.141.2PIPID0.050.0430.490.470.910.47—0.161.50PIPID0.410.090.420.340.990.43—0.202.0PIPID0.220.160.360.271.050.40—0.22模擬調(diào)節(jié)器PIPID——0.570.700.830.50—0.1302九月2023DesignofMechatronicalSystems第六章機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制技術(shù)6.3數(shù)字PID參數(shù)整定

6.3.1采樣周期的選擇

6.3.2擴(kuò)充臨界比例度整定法

6.3.3擴(kuò)充響應(yīng)曲線整定法

02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.3擴(kuò)充響應(yīng)曲線整定法步驟如下：①斷開數(shù)字調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)在手動狀態(tài)下工作。當(dāng)系統(tǒng)在給定值處達(dá)到平衡后，給一階躍輸入。②用儀表記錄下被調(diào)參數(shù)在此階躍作用下的變化過程曲線（即廣義對象的飛升特性曲線）,如左圖所示。被控對象階躍響應(yīng)02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.3擴(kuò)充響應(yīng)曲線整定法③在曲線最大斜率處，求得滯后時間

，被控對象時間常數(shù)Tg，以及比值Rτ

＝Tg/

。④根據(jù)所求得的

和Rτ的值，查表6-2，即可求出控制器的T、KP、Ti、和Td。被控對象階躍響應(yīng)02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.3擴(kuò)充響應(yīng)曲線整定法KpTiTdP1/(Rτ)PI0.9/(Rτ)3τPID1.2/(Rτ)2τ0.5τ02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.3擴(kuò)充響應(yīng)曲線整定法例已知某加熱爐溫度計算機(jī)控制系統(tǒng)的過渡過程曲線如圖所示,其中τ=30，Tg=180s，T=10s，試求數(shù)字PID控制算法的參數(shù)，并求其差分方程。02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.3擴(kuò)充響應(yīng)曲線整定法解：R=1/Tg=1/180，Rτ=1/180×30=1/6。根據(jù)表6.2有kp=1.2/(Rτ)=7.2Ti=2τ=60sTd=0.5τ=15ski=kp×T/Ti=7.2×10/60=1.2kd=kp×Td/T=7.2×15/10=10.8u(k)=u(k-1)+kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)++kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]=u(k-1)+7.2[e(k)-e(k-1)]+1.2e(k)++10.8[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]=u(k-1)+9.2e(k)-28.8e(k-1)+10.8e(k-2)02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.3.3擴(kuò)充響應(yīng)曲線整定法02九月2023DesignofMechatronicalSystems第六章機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制技術(shù)6.1常規(guī)數(shù)字PID控制算法6.2數(shù)字PID的改進(jìn)算法6.3數(shù)字PID參數(shù)整定6.4*

機(jī)電一體化系統(tǒng)的智能技術(shù)思考題與習(xí)題02九月2023DesignofMechatronicalSystems第六章機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制技術(shù)6.4*

機(jī)電一體化系統(tǒng)的智能技術(shù)

6.4.1概述

6.4.2專家控制系統(tǒng)

6.4.3模糊控制系統(tǒng)

6.4.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

02九月2023DesignofMechatronicalSystems6.4.1概述02九月2023DesignofMechatronicalSystems第六章機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制技術(shù)6.4*

機(jī)電一體化系統(tǒng)的智能技術(shù)

6.4.1概述

6.4.2專家控制系統(tǒng)

6.4.3模糊控制系統(tǒng)

6.4.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

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