17 4.3 常规及复杂控制技术(三).pptx

第1页：第17讲第4章常规及复杂控制技术（三）

第17讲第4章常规及复杂控制技术（三）

第2页：4.2.4 数字PID控制器的参数整定

4.2.4 数字PID控制器的参数整定

• 数字PID控制器的参数整定
• 采样周期的选择
• 按简易工程法整定PID参数
• 优选法
• 凑试法确定PID参数
• PID控制参数的自整定法

第3页：(1)首先要考虑的因素根据香农采样定理

(1)首先要考虑的因素根据香农采样定理：采样周期上限应满足：T≤π/ωmax其中，ωmax为被采样信号的上限角频率。采样周期的下限为计算机执行控制程序和输入输出所耗费的时间，系统的采样周期只能在Tmin与Tmax之间选择（在允许范围内，选择较小的T）。Tmin≤T≤Tmax

第4页：(2)其次要考虑以下各方面的因素①给定值

(2)其次要考虑以下各方面的因素①给定值

• 的变化频率越高，采样频率就应越高。
• 被控对象是快速变化的，采样周期应小。
• 执行机构的惯性大，采样周期应大。
• 控制算法的类型：T太小会使得PID算法的微分积分作用不明显；控制算法也需要计算时间。
• 控制的回路数：Tj指第j回路控制程序执行时间和输入输出时间。

第5页：(1)扩充临界比例度法①选择一个足够短的

(1)扩充临界比例度法①选择一个足够短的：采样周期，采样周期为被控对象纯滞后时间的十分之一以下。②用选定的采样周期使系统工作。这时，数字控制器去掉积分作用和微分作用，只保留比例作用。然后逐渐减小比例度δ（δ=1/KP)，直到系统发生持续等幅振荡。记下使系统发生振荡的临界比例度δk及系统的临界振荡周期Tk。

第6页：(1)扩充临界比例度法③选择控制度

(1)扩充临界比例度法③选择控制度：。④根据选定的控制度，查表4-1求得T、KP、TI、TD的值。

第7页：(2)扩充响应曲线法在模拟控制系统中

(2)扩充响应曲线法在模拟控制系统中：可用响应曲线法代替临界比例度法一样，在DDC中也可以用扩充响应曲线法代替扩充临界比例度法。用扩充响应曲线法整定T和KP、TI、TD的步骤如下：①数字控制器不接入控制系统，让系统处于手动操作状态下，将被调量调节到给定值附近，并使之稳定下来。然后突然改变给定值，给对象一个阶跃输入信号。

第8页：(2)扩充响应曲线法②用记录仪表记录被调

(2)扩充响应曲线法②用记录仪表记录被调：量在阶跃输入下的整个变化过程曲线，此时近似为一个一阶惯性加纯滞后环节的响应曲线。③在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间τ，被控对象时间常数Tτ以及它们的比值Tτ／τ，查表4-2，即可得数字控制器的KP、TI、TD及采样周期T。

第9页：(3)归一参数整定法RobertsP.D

(3)归一参数整定法RobertsP.D：在1974年提出了一种简化的扩充临界比例度整定法。因该方法只需整定一个参数即可，故称其归一参数整定法。已知增量型PID控制的公式为：下面给出参数整定方法。

第10页：(3)归一参数整定法若令T=0.1Tk;

(3)归一参数整定法若令T=0.1Tk;：TI=0.5Tk;TD=0.125Tk。式中Tk为纯比例作用下的临界振荡周期。则有Δu(k)=KP[2.45e(k)-3.5e(k-1)+1.25e(k-2)]这样，整个问题便简化为只要整定一个参数KP。改变KP，观察控制效果，直到满意为止。该法为实现简易的自整定控制带来方便。

第11页：优选法是经验法的一种

优选法是经验法的一种：。具体作法：根据经验，先把其它参数固定，然后用0.618法（黄金分割法）对其中某一参数进行优选，待选出最佳参数后，再换另一个参数进行优选，直到把所有的参数优选完毕为止。最后根据T、KP、TI、TD诸参数优选的结果取一组最佳值即可。

第12页：整定步骤

整定步骤：(1)首先只整定比例部分。比例系数由小变大，观察相应的系统响应，直到得到反应快、超调小、的响应曲线，且系统无静差或静差已小到允许范围内。

第13页：参数变化曲线图

05010015020025000.10：.20.30.40.50.60.705010015020025000.10.20.30.40.50.60.70.8

第14页：(2)若静差不能满足设计要求

(2)若静差不能满足设计要求：则须加入积分环节。整定时首先置积分时间TI为一较大值，并将经第一步整定得到的比例系数略为缩小(如缩小为原值的0．8倍)，然后减小积分时间，使在保持系统良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数与积分时间，以期得到满意的控制过程与整定参数。积分系数为

第15页：4 凑试法确定PID参数

4 凑试法确定PID参数

第16页：系数值比较大,引起振荡

KI系数值比较大,引起振荡

第17页：(3)若使用比例积分调节器消除了静差

(3)若使用比例积分调节器消除了静差：但动态过程经反复调整仍不能满意，则可加入微分环节，构成比例积分微分调节器。在整定时，可先置微分时间TD为零。在第(2)步整定的基础上，增大TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，逐步凑试，以获得满意的调节效果和控制参数。微分系数为

第18页：05010015020025000.20

05010015020025000.20：KD=0.3KD=0.6调节微分系数

第19页：特征参数法

特征参数法：就是抽取被控对象的某些特征参数，以其为依据自动整定PID控制参数。PID控制参数自整定法的首要工作是，在线辨识被控对象某些特征参数，比如临界增益K和临界周期T（频率ω=2π/T）。参数自整定就是在被控对象特性发生变化后，立即使PID控制参数随之作相应的调整，使得PID控制器具有一定的“自调整”或“自适应”能力。

第20页：对于典型PID控制器被控对象大多用近似一

对于典型PID控制器被控对象大多用近似一：阶惯性加纯滞后环节来表示，其传递函数为有Ziegler-Nichols整定公式参数K、可由单位阶跃响应曲线人工测量出。

第21页：K.J.Åsröm对上述方法进行了改进

K.J.Åsröm对上述方法进行了改进：采用具有滞环的继电器非线性反馈控制系统来整定参数，如下图所示。该方法仅供同学们参考！

第22页：本讲结束

本讲结束：本页为本讲内容的收束页。