1、1,第三章 數(shù)字控制器模擬化設(shè)計,張媛媛,2,參考文獻(xiàn),王正林.過程控制與Simulink應(yīng)用 劉金琨.先進(jìn)PID控制MATLAB仿真,3,第一節(jié) 模擬控制器與數(shù)字控制器,在數(shù)字控制系統(tǒng)中用數(shù)字控制器代替模擬控制器。 控制過程如下：首先通過模擬量輸入通道對控制參數(shù)進(jìn)行采集，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后送入計算機(jī)后按一定的算法進(jìn)行處理，運(yùn)算結(jié)果由模擬量輸出通道轉(zhuǎn)換為模擬量輸出。并通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制被控對象，以達(dá)到期望的控制效果。 在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，計算機(jī)就充當(dāng)了數(shù)字控制器的角色。,A/D,控制規(guī)律 計算程序,D/A,執(zhí)行機(jī)構(gòu),被控對象,被控量,檢測裝置,給定值,反饋量,計算機(jī),-,4,數(shù)字控制器的必

2、要性,1、模擬控制器難以實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律。 2、計算機(jī)具有分時控制能力，可實現(xiàn)多回路控制。 3、計算機(jī)除實現(xiàn)PID數(shù)字控制外，還能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)字顯示等功能。,5,計控系統(tǒng)的兩種看法,計控系統(tǒng)是混合系統(tǒng)。計算機(jī)信號是離散的，被控對象的信號是模擬的。 被控對象、A/D、微機(jī)、D/A構(gòu)成的系統(tǒng)；該系統(tǒng)的輸入和輸出都是模擬量，可以將該系統(tǒng)近似看成是一個連續(xù)變化的模擬系統(tǒng)。可以用拉氏變換來分析。 D(s)是較正裝置（模擬控制器）的傳遞函數(shù)；G(s)是被控對象的傳遞函數(shù)。,微機(jī),D/A,被控對象,輸入,輸出,A/D,6,微機(jī)、D/A、被控對象、A/D構(gòu)成的系統(tǒng)；該輸入和輸出又都是數(shù)字量，所以

3、該系統(tǒng)又具有離散系統(tǒng)的特性，可以用Z變換來分析。 Zoh(s)是零階保持器的傳遞函數(shù)；G(s)是被控對象傳遞函數(shù)；D(z)是數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)。,7,設(shè)計數(shù)字控制器的兩種途徑,在一定條件下，將計控系統(tǒng)近似看成模擬系統(tǒng)，用連續(xù)系統(tǒng)的理論來進(jìn)行動態(tài)的分析和設(shè)計，再將結(jié)果變成數(shù)字計算機(jī)的算法。這種方法叫模擬化設(shè)計方法，又叫間接設(shè)計法。 把計控系統(tǒng)作適當(dāng)?shù)淖儞Q，變成純粹的離散系統(tǒng)，用Z變換等工具進(jìn)行分析設(shè)計，直接設(shè)計出控制算法。這種方法叫離散化設(shè)計方法，又叫直接設(shè)計法。,8,模擬化設(shè)計方法的特點,模擬化設(shè)計方法可引用成熟的經(jīng)典設(shè)計理論和方法。但在“離散”處理時，系統(tǒng)的動態(tài)特性會因采樣頻率的減小而

4、改變，甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。只是一種近似的方法。參見自控書。,9,模擬化設(shè)計方法（間接法）的基本思路,在一定的條件下（采樣頻率足夠高），將系統(tǒng)看成是連續(xù)的模擬系統(tǒng)，用已知的連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計方法（根軌跡法，頻域設(shè)計法等）設(shè)計一個閉環(huán)控制系統(tǒng)的模擬控制器D(s)（校正環(huán)節(jié)），數(shù)學(xué)工具是拉氏變換。然后再用本章介紹的離散化方法將D(S)離散化為D(z)。 該法對采樣頻率的要求比較嚴(yán)格，僅適用于一些慢變信號的控制，否則誤差比較大。,10,設(shè)計假想的連續(xù)控制器D(s) 選擇采樣周期T 將D(s)離散化為D(z) 設(shè)計由計算機(jī)實現(xiàn)的控制算法 校驗,模擬化設(shè)計方法（間接法）的步驟,11,數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)

5、計步驟,1.設(shè)計步驟的第一步：假想的連續(xù)控制器D(S) 以前，我們在設(shè)計連續(xù)系統(tǒng)時，只要給定被控對象的模型，期望的性能指標(biāo)，我們就可以設(shè)計了。因此，我們設(shè)計的第一步就是找一種近似的結(jié)構(gòu)，來設(shè)計一種假想的連續(xù)控制器D(S)，這時候我們的結(jié)構(gòu)圖可以簡化為： 已知G(S)來求D(S)的方法有很多種，比如頻率特性法、根軌跡法。,12,控制系統(tǒng)的設(shè)計問題的三個基本要素為：模型、性能指標(biāo)和容許控制。 如果是時域性能指標(biāo)，如上升時間、調(diào)節(jié)時間（響應(yīng)到達(dá)并保持在終值5%內(nèi)所需的時間）、超調(diào)量、阻尼比、穩(wěn)態(tài)誤差等，可采用根軌跡法校正；或轉(zhuǎn)換為頻域性能指標(biāo)，由頻率特性法校正。 如果是頻域性能指標(biāo)，如相角裕度、幅值

6、裕度、靜態(tài)誤差系數(shù)、諧振峰值、閉環(huán)帶寬等，一般采用頻率法校正；或轉(zhuǎn)換為時域性能指標(biāo)，由根軌跡法校正。 實際上，工程技術(shù)界多習(xí)慣采用頻率法。,13,2選擇采樣周期T,香農(nóng)采樣定理給出了從采樣信號恢復(fù)連續(xù)信號的最低采樣頻率。 計控系統(tǒng)中，一般由零階保持器H(S)來實現(xiàn)離散信號恢復(fù)為連續(xù)信號。零階保持器將對控制信號產(chǎn)生滯后。因此，采用間接設(shè)計方法，用數(shù)字控制器去近似連續(xù)控制器，要有相當(dāng)短的采樣周期。,14,第二節(jié) 離散化設(shè)計方法一、差分變換法,把連續(xù)校正裝置傳遞函數(shù)D(s)轉(zhuǎn)換為微分方程。再用差分方程近似微分方程。為了便于編程，離散化一般只采用后向差分法。 一階后向差分： 二階后向差分：,15,例3

7、-1,16,離散化設(shè)計方法二、零階保持法（階躍響應(yīng)不變法）,基本思想：保持離散化后的數(shù)字控制器D(Z)的階躍響應(yīng)序列與模擬控制器D(S)的階躍響應(yīng)的采樣值相等。D(Z)是和零階保持器、模擬控制器D(S)乘積的Z變換相同。,17,例3-3,18,三、雙線性變換法 tustin,它是將s域函數(shù)變換到z域的一種近似方法。由Z變換的定義知道 運(yùn)用級數(shù)展開式得到 取 因此,和,于是,19,總結(jié) 采樣頻率對設(shè)計結(jié)果有影響，當(dāng)采樣頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于系統(tǒng)的截止頻率時(100倍以上)，用任何一種設(shè)計方法所構(gòu)成的系統(tǒng)特性與連續(xù)系統(tǒng)相差不大。 隨著采樣頻率的降低，各種方法就有差別。按設(shè)計結(jié)果的優(yōu)劣進(jìn)行排序，以雙線性變換法

8、為最好，即使在采樣頻率較低時，所得的結(jié)果還是穩(wěn)定的。其次是后向差分。 以上各種設(shè)計方法在實際工程中都有應(yīng)用，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。,20,4由計算機(jī)實現(xiàn)D(z),數(shù)字控制器D(Z)的一般形式為下式，其中nm,各系數(shù)ai,bi為實數(shù)，且有n個極點和m個零點。,U(z)=(-a1z-1-a2z-anz-n)U(z)+(b0+b1z-1+bmz-m)E(z） 上式用時域表示為： u(k)=-a1u(k-1)-a2u(k-2)-anu(k-n) +b0e(k)+b1e(k-1)+bme(k-m),21,5校驗,控制器D(z)設(shè)計完，并求出控制算法后，須代入到計算機(jī)控制系統(tǒng)檢驗其閉環(huán)系統(tǒng)的特性是否符合設(shè)計

9、要求。這一步可由計算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真計算來驗證。如果滿足設(shè)計要求，則設(shè)計結(jié)束，否則應(yīng)修改設(shè)計。,22,第三節(jié) 數(shù)字PID控制器設(shè)計,PID控制器（按閉環(huán)系統(tǒng)誤差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器）自20世紀(jì)30年代末期出現(xiàn)以來，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了很大的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。它的結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)易于調(diào)整，在長期應(yīng)用中已積累了豐富的經(jīng)驗。在應(yīng)用計算機(jī)實現(xiàn)控制的系統(tǒng)中，PID很容易通過計算機(jī)語言編程實現(xiàn)。由于軟件系統(tǒng)的靈活性，PID算法可以得到修正和完善，從而使數(shù)字PID具有很大的靈活性和普適性。,23,在實際工業(yè)控制中，大多數(shù)被控對象通常都有儲能元件存在，這就造成系統(tǒng)對輸入作用的響應(yīng)有一定的慣性。

10、另外，在能量和信息的傳輸過程中，由于管道和傳輸?shù)仍驎胍恍r間上的滯后，往往會導(dǎo)致系統(tǒng)的響應(yīng)變差，甚至不穩(wěn)定。因此，為了改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，通常在系統(tǒng)中引入偏差的比例調(diào)節(jié)，以保證系統(tǒng)的快速性。引入偏差的積分調(diào)節(jié)以提高控制精度，引入偏差的微分調(diào)節(jié)來消除系統(tǒng)慣性的影響，提高動態(tài)響應(yīng)速度，這就形成了按偏差PID調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。其控制結(jié)構(gòu)如下圖所示。,24,模擬PID控制器的微分方程為 : Kp為比例系數(shù)；TI為積分時間常數(shù)；TD為微分時間常數(shù)，KI為積分系數(shù)；KD為微分系數(shù)。,25,用離散的差分方程代替連續(xù)的微分方程,積分： 微分： 離散化后的PID控制式：,式中：Ki=KpT/Ti稱為積分系數(shù)，

11、Kd=KpTd/T稱為微分系數(shù),26,位置式PID控制算法,在采樣周期足夠小的前提下，上式可以很好地逼近模擬PID算式，因而使被控過程與連續(xù)過程十分接近。編程時，可先將Kp，KI，KD求出，預(yù)先存入內(nèi)存。 每次的輸出結(jié)果和過去的所有狀態(tài)有關(guān)，內(nèi)存占用過大。 且計算時對誤差error(k)進(jìn)行累加?？刂屏縰(k)對應(yīng)的是實際位置偏差，當(dāng)位置傳感器出現(xiàn)故障時，u(k)大幅度變化，其導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)的大幅度變化，損害被控對象。 將PID算法實際編程實現(xiàn)時，考慮采用它的遞推形式。,27,增量式PID控制,當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不需要控制量的全值，而是其增量時，由位置式可以導(dǎo)出增量PID控制算法。 增量型控制算式具有以

12、下優(yōu)點： (1)計算機(jī)只輸出控制增量，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的變化部分，控制算法不需要累加，因而誤動作影響??； (2)在k時刻的增量輸出u(k)，只需用到此時刻的偏差e(k)、以及前一時刻的偏差e(k-1)、前兩時刻的偏差e(k-2)，這大大節(jié)約了內(nèi)存和計算時間；,28,比例調(diào)節(jié)器：最簡單的一種調(diào)節(jié)器,控制規(guī)律：u(t)=Kp*e(t)+u0 其中，Kp為比例系數(shù)，u0是控制量的基準(zhǔn)，也就是e=0時的控制作用（比如閥門的起始開度、基準(zhǔn)的信號等） 特點： 有差調(diào)節(jié)，只要偏差出現(xiàn)，就能及時地產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時的特點。 比例系數(shù)大，則穩(wěn)態(tài)誤差減??；但過大的比例系數(shù)，可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。,

13、29,30,積分調(diào)節(jié),控制規(guī)律： 其中，KI為積分速度。 U(t)取決于對時間的積分，隨著時間增加，該項增大。即使誤差很小，積分項隨時間增大將推動控制量u(t)增加，減小穩(wěn)態(tài)誤差，直至為零。 特點：無靜差控制。增加了極點， 提高了型別，可消除穩(wěn)態(tài)誤差。 穩(wěn)定性變差。積分引入了-90度相角。,所謂積分作用是指調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差的積分成比例的作用,31,比例積分調(diào)節(jié),綜合了P、I兩種調(diào)節(jié)的優(yōu)點，利用P調(diào)節(jié)快速的抵消干擾的影響，同時利用I調(diào)節(jié)消除殘差。 控制規(guī)律： Ti 為積分時間。 可以利用積分時間來衡量積分作用所占的比重，積分時間越大，積分作用所占的比重越??；反之亦然。 增加的極點，提高系統(tǒng)

14、的型別；增加的零點，改善動態(tài)性能。,32,微分調(diào)節(jié),特點： (1)只有當(dāng)誤差隨時間變化時，微分控制才能對系統(tǒng)起作用。 (2)放大高頻噪聲。,33,比例積分微分調(diào)節(jié),比例控制能迅速反應(yīng)誤差，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，KP的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定； 積分控制主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷地積累，輸出控制量以消除誤差。因而，只要有足夠的時間，積分控制將能完全消除誤差。積分作用太強(qiáng)會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩； 微分環(huán)節(jié)能反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的

15、早期修正信號，加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，同時可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。,34,PID調(diào)節(jié)器對階躍響應(yīng)特性曲線,35,第四節(jié) 數(shù)字PID控制算法的改進(jìn)一、防止積分整量化誤差的方法,（舉例）某溫度控制系統(tǒng)，溫度量程為0至1275，A/D轉(zhuǎn)換為8位，并采用8位字長定點運(yùn)算。設(shè)KP=1,T=1S,TI=10s,e(k)=50,如果偏差e(k)50，則uI(k)1，計算機(jī)就作為“零”將此數(shù)丟掉，控制器就沒有積分作用。只有當(dāng)偏差達(dá)到50時，才會有積分作用。,36,1.擴(kuò)大計算機(jī)運(yùn)算的字長，提高精度。 2.當(dāng)積分項小于某個值時，讓積分項單獨(dú)累加，直到溢出

16、為止，即大于預(yù)先設(shè)定的值時。將溢出值作為積分項的偏差值去參與運(yùn)算。余數(shù)保留，作為下一步累加的基數(shù)。,防止整量化誤差的辦法：,37,二、積分飽和及其防止方法,在數(shù)字PID控制系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)開、?；虼蠓茸兓o定值時，系統(tǒng)輸出會出現(xiàn)較大偏差。經(jīng)過積分項累加后，可能使控制量超出范圍。這種現(xiàn)象叫做“積分飽和”。 實際控制量為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的飽和值，出現(xiàn)較大超調(diào)。 思路：當(dāng)偏差較大時，PD控制；當(dāng)偏差較小時，PID控制。,38,防止積分飽和的方法：1、積分分離法,基本思路：在偏差較大時，取消積分作用，以使積分和不至于過大。在偏差減小到某一定值之后，再接上積分作用，以消除靜態(tài)誤差。這樣就可以既減小超調(diào)量，改善系

17、統(tǒng)動態(tài)特性，又保持了積分作用。,其中,稱為控制系數(shù),39,采用積分分離的PID算法的控制效果如圖所示。由此可見，控制系統(tǒng)的性能有了較大的改善。,40,2、遇限削弱積分法,基本思想：當(dāng)控制量進(jìn)入飽和區(qū)后，判斷 u(k-1)是否超過限制范圍。若超過umax,則只累計負(fù)偏差；若小于umin，則只累計正偏差。,41,三、不完全微分PID算法,在標(biāo)準(zhǔn)的PID算法中，當(dāng)有階躍信號等高頻（噪聲）信號輸入時，容易引起調(diào)節(jié)過程產(chǎn)生振蕩?？紤]在數(shù)字調(diào)節(jié)器中加入低通濾波器（一階慣性環(huán)節(jié)）來抑制高頻干擾，PID調(diào)節(jié)器和低通濾波器組成了不完全微分控制。,42,不完全微分與完全微分的比較,43,總結(jié)： （1）普通PID在

18、單位階躍輸入時只在第一個周期起作用，而且作用強(qiáng)，容易溢出； （2）不完全微分PID不但能抑制高頻干擾，而且在各個周期均勻地輸出，改善了系統(tǒng)系統(tǒng)的性能。,44,四、純滯后的補(bǔ)償算法,有的生產(chǎn)過程會有一定的延時，導(dǎo)致其傳遞函數(shù)可寫為FOLPD模型： 這種純滯后性質(zhì)會使系統(tǒng)對控制指令的反應(yīng)不及時，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。于是，提出一種純滯后補(bǔ)償模型。 在調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)處并接一個補(bǔ)償環(huán)節(jié)，用來補(bǔ)償純滯后部分。這個環(huán)節(jié)叫做史密斯預(yù)估器。,45,（1）原理分析：對于一個單回路系統(tǒng),若沒有純滯后，G（s）=GP（s）,若有純滯后， ，其中為純滯后時間,46,（2）施密斯預(yù)估控制原理是：在D(s)處接上一個補(bǔ)償

19、環(huán)節(jié)的反饋內(nèi)回路，用來補(bǔ)償被控制對象中的純滯后部分。這個補(bǔ)償環(huán)節(jié)稱為施密斯預(yù)估器，其傳遞函數(shù)為 ,為純滯后時間。,由施密斯預(yù)估器和調(diào)節(jié)器D(s)組成的補(bǔ)償回路稱為純滯后補(bǔ)償器，其傳遞函數(shù)為：,47,經(jīng)純滯后補(bǔ)償后的系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：,經(jīng)補(bǔ)償后，消除了純滯后部分對控制系統(tǒng)的影響，因為式中的 在閉環(huán)控制回路之外，不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。拉氏變換的位移定理說明， 僅將控制作用在時間坐標(biāo)上推移了一個時間，控制系統(tǒng)的動態(tài)特性（超調(diào)量）與對象特性為Gp(s)時的控制系統(tǒng)完全相同。 史密斯預(yù)估器作用：消除了純滯后部分對控制系統(tǒng)的影響。,48,2具有純滯后補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制器,帶純滯后補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制器，該數(shù)字控制器

20、由兩部分組成： 1、數(shù)字PID控制器D(z)(由D(s)離散化得到)； 2、施密斯預(yù)估器。,49,(1)施密斯預(yù)估器的實現(xiàn) 滯后環(huán)節(jié)使信號延遲，為此，在內(nèi)存中專門設(shè)定N個單元作為存放傳遞函數(shù)Gp(s)的輸出m(k)的歷史數(shù)據(jù)，存貯單元的個數(shù)N由下式?jīng)Q定。L=/T；式中：純滯后時間；T采樣周期； 每采樣一次，把m(k)記入第0號單元，同時把第0號單元原來存放的數(shù)據(jù)后移到第1號單元，第1號單元原來的數(shù)據(jù)移到第2號單元，依此類推。從第N號單元輸出的信號，就是滯后N個采樣周期的m(k-N)信號。,u(k)是PID數(shù)字控器的輸出，y(k)是施密斯預(yù)估器的輸出。從圖中可知，必須先計算傳遞函數(shù)Gp(s)的輸

21、出m(k)后，才能計算預(yù)估器的輸出：y(k)=m(k)-m(k-N)。,施密斯預(yù)估器的輸出可按下圖的順序計算。,50, 許多工業(yè)對象可近似用一階慣性環(huán)節(jié)和純滯后環(huán)節(jié)的串聯(lián)來表示：,式中 Kf被控對象的放大系數(shù)； Tf被控對象的時間常數(shù)； 純滯后時間。,預(yù)估器的傳遞函數(shù)為,51,(2)純滯后補(bǔ)償控制器的輸出的算法步驟,計算反饋回路的偏差e1(k):e1(k)=r(k)-y(k),計算純滯后補(bǔ)償器的輸出y(k),計算偏差e2(k) e2(k)=e1(k)-y(k),計算PID控制器的輸出u(k)，位置式遞推算法,52,五 微分先行PID算法,微分算法的另一種改進(jìn)型式是微分先行PID結(jié)構(gòu)，它是由不完

22、全微分?jǐn)?shù)字PID形式變換而來的，同樣能起到平滑微分的作用。 把微分運(yùn)算放在前面，就構(gòu)成了微分先行PID結(jié)構(gòu)，有兩種形式。,53,第一種形式為輸出量微分，如圖3.15所示。這種形式只是對輸出量y(t)進(jìn)行微分，而對給定值r(t)不作微分，適用于給定值頻繁變動的場合，可以避免因給定值r(t)頻繁變動時所引起的超調(diào)量過大、系統(tǒng)振蕩等，改善了系統(tǒng)的動態(tài)持性。,54,另一種形式為偏差微分，如圖3.16所示。這種形式是對偏差值e(t)進(jìn)行微分，也就是對給定值r(t)和輸出量y(t)都有微分作用，適用于串級控制的副控回路，因為副控回路的給定值是主控調(diào)節(jié)器給定的，也應(yīng)該對其作微分處理，因此，應(yīng)該在副控回路中采

23、用偏差微分的PID。,55,六 帶死區(qū)PID控制,在控制精度要求不太高，控制過程要求盡量平穩(wěn)的場合。為避免控制動作過于頻繁，消除由此產(chǎn)生的振蕩，可以利用帶死區(qū)的PID控制。 所謂帶死區(qū)的PID控制，就是在計算機(jī)中人為地設(shè)置一個不靈敏區(qū)（死區(qū)e0 ）。當(dāng)偏差進(jìn)入不靈敏區(qū)時，控制器輸出維持上次采樣值；當(dāng)偏差不在不靈敏區(qū)時，則進(jìn)行正常的PID運(yùn)算后輸出。 帶死區(qū)的PID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。,56,57,設(shè)不靈敏區(qū)(死區(qū))為e0，則當(dāng) 不靈敏區(qū)e0是一個可調(diào)的參數(shù)。其具體數(shù)值可根據(jù)實際控制對象由實驗確定。 e0值太小，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值太大，則系統(tǒng)將產(chǎn)生較大的滯后；當(dāng)

24、e0=0時，則為PID控制。,58,七、 二自由度PID控制,傳統(tǒng)的PID控制的參數(shù)只有一個。實現(xiàn)控制時必須在抑制干擾和跟蹤目標(biāo)值特性中做出折中。不能達(dá)到理想的控制效果。 二自由度PID控制就是使目標(biāo)值跟蹤最優(yōu)的PID參數(shù)和使干擾抑制最優(yōu)的參數(shù)可以分別獨(dú)立調(diào)整。使兩特性都能達(dá)到最優(yōu)。 有多種形式，如書上page101圖3-21。,59,第五節(jié) PID數(shù)字控制器的參數(shù)整定,因為計控系統(tǒng)的采樣周期遠(yuǎn)小于生產(chǎn)過程（被控對象）的時間常數(shù)，所以數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定完全可以按照模擬PID控制器的各種參數(shù)整定的方法來進(jìn)行。 但除了對于比例系數(shù)Kp，積分時間常數(shù)Ti和微分時間常數(shù)Td的選擇以外，在數(shù)字控

25、制系統(tǒng)中對采樣周期T的選擇也很重要。,60,一、PID控制器參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響,（一）Kp的影響 Kp加大，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快； Kp偏大，系統(tǒng)振蕩次數(shù)增多； Kp太大，系統(tǒng)不穩(wěn)定。 Kp越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小。此為有差調(diào)節(jié)，不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。,61,（二）Ti的影響 Ti小，系統(tǒng)積分項作用大，引入-90度相移，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定； Ti較小，系統(tǒng)振蕩次數(shù)較多。 積分控制提高系統(tǒng)型別，提高控制精度。 （三）Td的影響 改善動態(tài)特性。,62,參數(shù)整定方法 （一）、試湊法,(1)試湊法 :試湊法是通過計算機(jī)仿真或?qū)嶋H運(yùn)行，觀察系統(tǒng)對典型輸入作用的響應(yīng)曲線，根據(jù)各調(diào)節(jié)參數(shù)( ， ， )對系統(tǒng)響應(yīng)的影響，反復(fù)調(diào)節(jié)試湊，直到滿意為止，從而確定PID參數(shù)。 首先只整定比例系數(shù)，將 由小變大，使系統(tǒng)響應(yīng)曲線略有超調(diào)。 若在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差太大，則必須加入積分環(huán)節(jié)。 若使用PI調(diào)節(jié)器消除了穩(wěn)態(tài)誤差，但系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)經(jīng)反復(fù)調(diào)整