微型計算機控制技術 教學課件 黃勤 第3章微型計算機控制系統的常用控制

第3章 微型計算機控制系統的常用控制算法 3.1 數字濾波與數據處理 3.2 數字控制器的設計方法 3.3 數字PID控制器的設計 3.4 最少拍控制算法 3.5 大林控制算法 3.6 模糊控制 3.1 數字濾波與數據處理 3.1.1 數字濾波 ② 用選定的采樣周期使系統工作在純比例控制方式下，即去掉積分作用和微分作用，然后逐漸增大比例度系數 KP ，直至系統對階躍輸入的響應達到臨界振蕩狀態(穩定邊緣)，記下此時的臨界比例系數 KK 及系統的臨界振蕩周期 TK 。如圖3-26所示。 ③ 選擇控制度。控制度定義為數字控制系統誤差平方的積分與對應模擬控制系統誤差平方的積分之比，即： (3-73) ④ 根據選定的控制度，查表3-2求得T、KP、TI、TD的值。 0.22Tk 0.40Tk 0.27δk 0.16Tk PID 1.05Tk 0.36δk 0.22Tk PI 2.0 0.20Tk 0.43Tk 0.34δk 0.09Tk PID 0.99Tk 0.42δk 0.14Tk PI 1.5 0.16Tk 0.47Tk 0.47δk 0.043Tk PID 0.91Tk 0.49δk 0.05Tk PI 1.2 0.14Tk 0.49Tk 0.63δk 0.014Tk PID 0.88Tk 0.53δk 0.03Tk PI 1.05 TD TI KP T 控制規律 控制度 表3-2 擴充臨界比例度法PID參數整定 2)擴充響應曲線法 在模擬控制系統中，如果已知系統的動態特性曲線，可以用響應曲線法代替臨界比例度法，在數字控制系統中同樣可以用擴充響應曲線法代替擴充臨界比例度法。這種方法適用于多容量自平衡系統，用擴充響應曲線法整定 T和 KP、TI、TD 的步驟如下： ① 斷開數字控制器，使系統工作在手動操作狀態下，將被控量調到給定值附近，使之穩定下來，此時，突然改變給定值，給對象一個階躍輸入信號，如圖3-27(a)所示。 ② 用記錄儀表記錄被控量在階躍輸入下的整個變化過程曲線，如圖3-27(b)所示。 ③ 在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時間τ，被控對象時間常數 Tτ 以及它們的比值 Tτ/τ。 ④ 由求得的τ、Tτ及 Tτ/τ 查表3-3，即可求得數字PID控制器的有關參數 KP、TI、TD及采樣周期T。 圖3-27 擴充響應曲線法中對象的階躍響應特性 0.82τ 1.5τ 0.6Tτ/τ 0.6τ PID 4.2τ 0.57Tτ/τ 0.8τ PI 2.0 0.65τ 1.62τ 0.85Tτ/τ 0.34τ PID 3.9τ 0.68Tτ/τ 0.5τ PI 1.5 0.55τ 1.9τ 1.0Tτ/τ 0.16τ PID 3.6τ 0.78Tτ/τ 0.2τ PI 1.2 0.45τ 2.0τ 1.15Tτ/τ 0.05τ PID 3.4τ 0.84Tτ/τ 0.1τ PI 1.05 TD TI KP T 控制規律 控制度 表3-3 擴充響應曲線法PID參數整定表 以上兩種方法特別適用于被控對象是一階滯后慣性環節，如果對象為其它特性，可以采用其它方法來整定。 3)歸一參數整定法 除了上面介紹的擴充臨界比例度法之外，Roberts P.D.在1974年提出了一種簡化擴充臨界比例度整定法，由于該方法只需整定一個參數，故稱其為歸一參數整定法。根據大量的經驗和研究表明，一個動態性能好的系統，有關參數可這樣選取： 令 。式中 Tk 為純比例控制時的臨界振蕩周期，將上式代入增量式數字PID控制算式，則增量型PID控制的公式簡化為 (3-74) 這樣，對4個參數的整定簡化為對1個參數KP的整定，使問題得到簡化。通過改變KP的值，觀察控制效果，直到滿意為止。 在試湊時，可參考以上參數對控制過程的響應趨勢，對參數進行“先比例，后積分，再微分”的整定，步驟如下： ① 整定比例部分 先置PID控制器中的TI=∞、TD=0，使之成為比例控制器，再將比例系數KP由小調大，并觀察相應的系統響應，直到得到反應快、超調小的響應曲線。如果系統沒有靜差或靜差已經小到允許的范圍內，并且響應曲線已滿意，則只要用比例控制器即可，最優比例系數可由此確定。 4)PID參數的試湊法整定 ② 加入積分環節 如果只用比例控制，系統的靜差不能滿足設計要求，則需加入積分環節。整定時先置積分時間常數TI為一較大值，并將經第一步整定得到的比例系數略為縮小(如縮小為原來值的0.8倍)，然后減小積分時間常數，使系統在保持良好動態性能的情

總結

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