PID控制算法控制算法

第五章 PID控制算法控制算法
5.1 PID控制原理与程序流程
5.1.1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.
模拟控制系统

图5-1-1 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.
微机过程控制系统
图5-1-2 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.
数字控制系统DDC
图5-1-3 DDC系统构成框图
DDC(Direct 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,使各被控量达到预定的要求.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.
5.1.2 模拟PID调节器
一,模拟PID控制系统组成

图5-1-4 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(I),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

式中
2,PID调节器的传输函数

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TI,TI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.
5.1.3 数字PID控制器
一,模拟PID控制规律的离散化
模拟形式
离散化形式
二,数字PID控制器的差分方程
式中称为比例项
称为积分项
称为微分项
三,常用的控制方式
1,P控制

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