1、第7章 微机测控系统的督察PID控制 第7章 微机测控系统的督察PID控制 7.1 微机测控系统的被控对象及性能指标微机测控系统的被控对象及性能指标7.2 PID控制技术控制技术7.3 数字数字PID控制算法控制算法7.4 PID算法程序设计算法程序设计7.5 PID算式的改进算式的改进7.6 PID参数整定参数整定思考题与习题思考题与习题第7章 微机测控系统的督察PID控制 7.1 微机测控系统的被控对象及性能指标微机测控系统的被控对象及性能指标 7.1.1 7.1.1 微机测控系统的被控对象微机测控系统的被控对象微机测控系统的被控对象是指所要控制的装置或设备，如工业锅炉、水泥立窑、啤酒发酵
2、罐等。这类系统一般又称为计算机控制系统。1.1.放大环节放大环节放大环节的传递函数为 G(s)=K（7-1）第7章 微机测控系统的督察PID控制 2.2.惯性环节惯性环节惯性环节的传递函数为)1()1)(1()(21sTsTsTKsGn（7-2）当T1T2Tm时，nsTKsG)1()(m n=1,2,式中，T1,T2,Tm为惯性时间常数。第7章 微机测控系统的督察PID控制 3.3.积分环节积分环节积分环节的传递函数为 nsTKsG1)(n=1,2,式中，TI为积分时间常数。第7章 微机测控系统的督察PID控制 4.4.纯滞后环节纯滞后环节纯滞后环节的传递函数为 G(s)=e-s（7-4）实际
3、对象可能是放大环节与惯性环节、积分环节或纯滞后环节的串联。(1)放大环节、惯性环节、积分环节的串联：lnsTsTKsG)1()(m1l=1,2,;n=1,2,（7-5）第7章 微机测控系统的督察PID控制(2)放大环节、惯性环节、纯滞后环节的串联：slsTKsGe)1()(ml=1,2,（7-6）(3)放大环节、积分环节、纯滞后环节的串联：snsTKsGe)(In=1,2,（7-7）被控对象也可以按照输入、输出量的个数分类：当仅有一个输入和一个输出时，称为单输入单输出对象；当有多个输入和单个输出时，称为多输入单输出对象；当有多个输入和多个输出时，称为多输入多输出对象。第7章 微机测控系统的督察
4、PID控制 7.1.2 微机测控系统的性能指标微机测控系统的性能指标1.系统的稳定性系统的稳定性微机测控系统在给定输入作用或外界扰动作用下，过渡过程可能有四种情况。（1）发散振荡：被控参数y（t）的幅值随时间逐渐增大，偏离给定值越来越远。这是不稳定情况，在实际系统中是不允许的，容易造成严重事故。（2）等幅振荡：被控参数y（t）的幅值随时间作等幅振荡，系统处于临界稳定状态。这种情况在实际系统中也是不允许的。第7章 微机测控系统的督察PID控制（3）衰减振荡：被控参数y（t）在输入或扰动的作用下，经过若干次振荡后，回复到给定状态。当调节器参数选择合适时，系统可以在比较短的时间内，以比较少的振荡次数
5、，比较小的振荡幅度回复到给定值状态，得到比较满意的性能指标。（4）非周期衰减：系统在输入或扰动的作用下，被控参数y（t）单调、无振荡地回复到给定值状态。同样，只要调节器参数选择得合适，可以使系统既无振荡，又比较快地结束过渡过程。第7章 微机测控系统的督察PID控制 从上面四种情况可以看出：（1）、（2）两种情况是实际系统中不希望、也不允许出现的情况，前者称为系统不稳定，后者称为临界状态。（3）、（4）两种情况则是控制系统中常见的两种过渡过程状况，这种系统称为稳定系统。控制系统只有稳定，才有可能谈得上控制系统性能的优劣，因此微机测控系统的稳定性与连续控制系统的稳定性一样，也是一个重要概念。第7章
6、 微机测控系统的督察PID控制 2.动态指标动态指标在古典控制理论中，用动态指标来衡量系统性能的优劣。动态指标能够比较直观地反映控制系统的过渡过程特性。动态指标包括超调量、调节时间ts、峰值时间tp、衰减比和振荡次数N。控制系统的过渡过程特性如图7-1所示。第7章 微机测控系统的督察PID控制 图7-1 过渡过程特性 第7章 微机测控系统的督察PID控制（1）超调量：表示系统过冲的程度，设输出量y（t）的最大值为ym，y（t）输出量的稳态值为y，则超调量定义为%100|myyy（7-8）超调量通常以百分数表示。第7章 微机测控系统的督察PID控制（2）调节时间ts：反映过渡过程的长短，tts，
7、若y（t）-y，则ts定义为调节时间，式中y是输出量y（t）的稳态值，取0.02y或0.05y。（3）峰值时间tp：表示过渡过程到达第一个峰值所需要的时间，它反映了系统对输入信号反应的快速性。第7章 微机测控系统的督察PID控制 21BB（4）衰减比：表示过渡过程衰减快慢的程度，它定义为过渡过程第一个峰值B1与第二个峰值B2的比值。（7-9）通常，希望衰减比为41。第7章 微机测控系统的督察PID控制（5）振荡次数N：反映控制系统的阻尼特性。它定义为输出量y（t）进入稳态前穿越其稳态值y的次数的一半。以上五项动态指标也称为时域指标，用得最多的是超调量和调节时间ts。在过程控制中，衰减比也是一个
8、较常用的指标。第7章 微机测控系统的督察PID控制 3.稳（静）态指标稳（静）态指标稳态指标是衡量控制系统精度的指标，用稳（静）态误差来表征。稳态误差是表示输出量y（t）的稳态值y与要求值y0的差值，定义为 ess=y0-y（7-10）ess表示控制精度，因此希望ess越小越好。稳态误差ess与控制系统本身的特性有关，也与系统的输入信号的形式有关。第7章 微机测控系统的督察PID控制 7.1.3 被控对象特性对控制性能的影响被控对象特性对控制性能的影响假设被控对象的特性归结为对象的放大系数Km和Kn，对象的惯性时间常数Tm和Tn，以及对象的纯滞后时间和n。具有反馈控制的测控系统如图7-2所示，
9、其中对象可以等效看做由扰动通道Gn（s）和控制通道G（s）构成。第7章 微机测控系统的督察PID控制 图7-2 具有反馈控制的测控系统框图 第7章 微机测控系统的督察PID控制 1.对象放大系数对控制性能的影响对象放大系数对控制性能的影响设扰动通道的放大系数为Kn，控制通道的放大系数为Km。（1）扰动通道的放大系数Kn影响稳态误差ess，Kn越小，ess也越小，控制精度越高，所以希望Kn尽可能小。（2）控制通道的放大系数Km对系统性能的影响可以由调节器D（s）的比例系数来补偿。第7章 微机测控系统的督察PID控制 2.对象的惯性时间常数对控制性能的影响对象的惯性时间常数对控制性能的影响设扰动通
10、道的惯性时间常数为Tn，控制通道的惯性时间常数为Tm。（1）当加大Tn或惯性环节的阶次增加时，可以减少超调量。（2）Tm越小，反应越灵敏，控制越及时，控制性能越好。第7章 微机测控系统的督察PID控制 3.对象的纯滞后时间对控制性能的影响对象的纯滞后时间对控制性能的影响设扰动通道的纯滞后时间为n，控制通道的纯滞后时间为。（1）扰动通道的纯滞后时间n对控制性能无影响，只是使输出量沿时间轴平移了n。（2）控制通道的纯滞后时间使系统的超调量加大，调节时间ts加长，纯滞后时间越大，控制性能越差。第7章 微机测控系统的督察PID控制 7.2 PID控制技术控制技术 PID控制结构简单，参数调整方便，它是
11、在长期的工程实践中总结出来的一套控制方法。在模拟控制系统中，基本控制回路是简单的反馈回路，如图7-3所示。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，模拟调节器按照一定的控制规律进行运算，并输出控制量u(t)控制执行器实施相应操作，使偏差趋近于零，从而实现对被控量的控制。第7章 微机测控系统的督察PID控制 图7-3 基本反馈控制系统的系统框图 第7章 微机测控系统的督察PID控制 1.1.比例调节比例调节比例调节的控制规律为 u(t)=Kpe(t)（7-11）式中，u（t）为调节器的输出；Kp为比例系数；e（t）为调节器的输入，一般为偏差。比例调节是一种最简单的调节规
12、律，调节器的输出u（t）与输入偏差e（t）成正比，只要出现偏差e（t），就能及时地产生与之成比例的调节作用。比例调节作用的大小，主要取决于比例系数Kp，Kp越大，调节作用越强，反之，Kp越小，调节作用越弱。但对于大多数惯性环节，Kp太大，会引起自激振荡。第7章 微机测控系统的督察PID控制 2.2.比例积分调节比例积分调节比例调节的缺点是存在静差，影响调节精度。消除静差的有效方法是在比例调节的基础上加积分调节，构成比例积分（PI）调节。PI调节的控制规律为 ttteTteKtu01pd)(1)()(（7-12）式中,TI为积分时间常数，它表示积分速度的快慢，TI越大，积分速度越慢，积分作用越弱
13、；反之，积分速度越快，积分作用越强。第7章 微机测控系统的督察PID控制 3.3.比例微分调节比例微分调节加入积分调节可以消除静差，改善系统的静态特性。然而，当控制对象具有较大的惯性时，用PI调节就无法得到满意的调节品质。如果在调节器中加入微分作用，即在偏差刚出现，偏差值尚不大时，根据偏差变化的速度，提前给出较大的调节作用，使偏差尽快消除。由于调节及时，可以大大减小系统的动态偏差及调节时间，从而改善动态品质。微分作用的特点是：输出只能反应偏差输入变化的速度，而对于一个固定不变的偏差，不管其数值有多大，也不会有微分作用输出。因此微分作用不能消除静差，而只能在偏差刚出现的时刻产生一个很大的调节作用
14、。第7章 微机测控系统的督察PID控制 同积分作用一样，微分作用一般也不能单独使用，需要与比例作用相配合，构成PD调节，其控制规律为 tteTteKtud)(d)()(Dp（7-13）式中，TD为微分时间常数。第7章 微机测控系统的督察PID控制 4.4.比例积分微分调节（比例积分微分调节（PIDPID）为了进一步改善调节品质，往往把比例、积分、微分三种作用结合起来，形成PID三作用调节器，其控制规律为 tteTtteTteKtutd)(dd)(1)()(0D1p（7-14）在PID调节器中，首先是比例、微分作用，使其调节作用加强，然后再进行积分，直到最后消除静差为止。因此，PID调节器无论是
15、从静态还是从动态的角度看，调节品质均得到了改善，是一种应用最广泛的调节器。第7章 微机测控系统的督察PID控制 7.3 数字数字PID控制算法控制算法 PID控制是过程控制中应用最广泛的一种控制规律。通过实际运行经验及理论分析，充分证明了PID控制规律用于多数被控对象能够获得较满意的控制效果。因此，在微机测控系统中也广泛地采用PID控制规律。第7章 微机测控系统的督察PID控制 在模拟控制系统中，以微型计算机来代替模拟调节器，可构成微机测控系统，其系统框图如图7-4所示。在控制系统中引入微机，可以充分利用微机对采集数据加以分析并根据所得结果做出逻辑判断等方面的能力，编制出符合某种技术要求的控制
16、程序、管理程序，实现对被控参数的控制与管理。在微机测控系统中，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，这是模拟控制系统所无法比拟的。第7章 微机测控系统的督察PID控制 图7-4 微机测控系统的系统框图 第7章 微机测控系统的督察PID控制 微机测控系统通常利用采样方式对生产过程的各个回路进行巡回检测和控制，它属于采样调节。因而，描述连续系统的微分方程应由相应的描述离散系统的差分方程来代替。为了将模拟PID控制规律(即式（7-14）)离散化，令 tkT（为了简化表述，一般在公式中将T省略）u（t）u（k）e（t）e（k）kietiTtte00)(d)(第7章 微
17、机测控系统的督察PID控制 Tkekette)1()(d)(d式中，e（k）为第k次采样所获得的偏差信号；e（k）-e（k-1）为本次与上次测量值偏差之差，在给定值不变时，可表示为相邻两次测量值之差；T为采样周期（两次采样的时间间隔）；k为采样序号，k0，1，2，。第7章 微机测控系统的督察PID控制 则离散系统的PID算式为)1()()()()(0D1pkekeTTieTTkeKkuki（7-15）在式（7-15）所表示的控制算式中，其输出值u（k）代表第k时刻执行机构所应达到的位置。当执行机构是阀门时，相当于阀门的开度，即与阀位一一对应，因此，该式通常称为位置型PID算式。第7章 微机测控
18、系统的督察PID控制 在位置算式中，每次的输出与过去的所有状态有关，它不仅要微机对偏差进行累加，而且当微机发生任何故障时，会造成输出量的变化，从而大幅度地改变阀门位置，这将给安全生产带来严重后果，所以，目前微机测控系统中的PID算式常作如下的变化。根据式（7-15），可得第k-1次采样有：)2()1()()1()1(10D1pkekeTTieTTkeKkuki（7-16）第7章 微机测控系统的督察PID控制 由式（7-16）减去式（7-15），得到两次采样时输出量之差为)2()1(2)()()1()()1()()1(DIpkekeKeKkeKkekeKkukuku（7-17）式中，Kp称为比例
19、增益；KI=Kp(T/TI)称为积分系数；KD=KP(TD/T)称为微分系数。第7章 微机测控系统的督察PID控制 为了编程方便，可将式（7-17）整理成如下形式：u(k)=a0e(k)+a1e(k-1)+a2e(k-2)（7-18）式中，TTKaTTKaTTTTKaDp2Dp1D1p0211（7-19）第7章 微机测控系统的督察PID控制 增量式算式与位置式算式相比，具有以下优点：（1）增量式算式不需要做累加，控制量增量的确定仅与最近几次误差的采样值有关，计算误差或计算精度问题对控制量计算的影响较小。而位置式算式要用到过去的误差累加值，容易产生大的累积误差。（2）增量式算式得出的是控制量的增
20、量，例如阀门控制中，只输出阀门开度的变化部分，误动作影响小，必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输出，不会严重影响系统的工况。第7章 微机测控系统的督察PID控制（3）采用增量式算式，易实现手动到自动的无冲击切换。利用式（7-18），也可得出位置式控制算法的递推形式：u(k)=u(k-1)+u(k)=u(k-1)+a0e(k)+a1e(k-1)+a2e(k-2)（7-20）式中,a0、a1、a2的含义同式（7-19）。第7章 微机测控系统的督察PID控制 7.4 PID算法程序设计算法程序设计 1.增量式增量式PID算法的程序设计算法的程序设计由式（7-17）可知，按增量PID算法计算u（k）只需
21、要保留当前时刻及前两个时刻的偏差值e（k）、e（k-1）和e（k-2）。在初始化程序中置e（k-1）e（k-2）0，由中断服务程序对过程变量进行采样，并根据参数a0、a1、a2以及e（k）、e（k-1）和e（k-2）计算u（k）。其程序流程图如图7-5所示。第7章 微机测控系统的督察PID控制 图7-5 增量式PID算法的程序流程图 第7章 微机测控系统的督察PID控制 2.位置式位置式PID算法的程序设计算法的程序设计由式（7-20）可以看出，u（k）u（k-1）u（k），所以位置式PID算法的程序设计只需在增量式PID算法的基础上增加一次加运算u（k）u（k-1）和更新u（k-1）即可，其
22、程序流程图如图7-6所示。第7章 微机测控系统的督察PID控制 图7-6 位置式PID算法的程序流程图 第7章 微机测控系统的督察PID控制 7.5 PID算式的改进算式的改进 1.1.不完全微分不完全微分PIDPID算法算法 微分环节的引入虽然改善了系统的动态特性，提高了系统响应的快速性，但对于干扰特别敏感，有时反而会降低控制效果。例如，当被控变量突然变化，正比于偏差变化率的微分输出就很大，但由于持续时间很短，执行机构因惯性或动作范围的限制，其动作位置未达到控制量的要求值，因而限制了微分的正常调节作用，这样就产生了所谓的微分失控（饱和）。这种情况实质上是丢失了控制信息，其后果必然使过渡过程变
23、得迟钝和缓慢。因此，如在控制算法中加上低通滤波器（一阶惯性环节）来抑制高频干扰，则控制性能可显著提高。不完全微分PID控制如图7-7所示。第7章 微机测控系统的督察PID控制 图7-7 不完全微分PID控制 第7章 微机测控系统的督察PID控制 低通滤波器的传递函数为 sTsGff11)(（7-21）由图7-7可得)()(d)(dd)(dd)(1)()(f0DIptututtuTtteTtteTteKtut第7章 微机测控系统的督察PID控制（7-22）tteTtteTteKtuttuTtd)(dd)(1)()(d)(dD0Ipf对式（7-22）离散化，可得)1()()()()1()1()(0
24、DIpkekeTTieTTkeKakaukuki（7-23）式中，ffTTTa第7章 微机测控系统的督察PID控制 与普通数字PID一样，式（7-23）是不完全微分PID的位置式算法，它也有增量式算法，即)1()()()()1()1()(IpketeTTkeTTkeKakuakuD（7-24）式中，ffTTTa普通数字PID与不完全微分数字PID的输出特性差异如图7-8所示。第7章 微机测控系统的督察PID控制 图7-8 数字PID调节器的控制作用（a）普通数字PID控制；（b）不完全微分数字PID控制 第7章 微机测控系统的督察PID控制 2.2.微分先行微分先行PIDPID算法算法1)输出
25、量微分输出量微分是只对输出量进行微分，而对给定值不作微分，这种输出量微分控制适用于给定值频繁提降的场合，可以避免因提降给定值时所引起的超调量过大、阀门动作过分剧烈的振荡。第7章 微机测控系统的督察PID控制 2)偏差微分偏差微分是对偏差值进行微分，也就是对给定值和输出量都有微分作用。偏差微分适用于串级控制的副控制回路，因为副控制回路的给定值是由主控调节器给定的，也应该对其作微分处理。因此，应该在副控制回路中采用偏差微分PID。第7章 微机测控系统的督察PID控制 3.积分分离积分分离PID算法算法系统中加入积分校正以后，会产生过大的超调量，这对某些生产过程是绝对不允许的，引进积分分离算法，既保
26、持了积分的作用，又减小了超调量，使控制性能得到了较大的改善。积分分离算法要设置积分分离阈（偏差的门限）E0。当e（k）E0时，也即偏差值e（k）比较小时，系统引入积分控制，即采用PID控制，可保证系统的控制精度；当e（k）E0时，也即偏差值e（k）比较大时，系统不引入积分控制，即采用PD控制，可使超调量大幅度降低。积分分离PID算法可表示为 第7章 微机测控系统的督察PID控制)1()()()()(D0ILpkekeKieKKkeKkuki,0,1LK|)(|)(|00EkeEke（7-26）式中，KL为逻辑系数。第7章 微机测控系统的督察PID控制 7.6 PID参数整定参数整定 7.6.1
27、 PID参数对控制性能的影响参数对控制性能的影响1.比例控制比例控制Kp对控制性能的影响对控制性能的影响（1）对动态特性的影响：比例控制Kp加大，系统的动作灵敏度就加快，若Kp偏大，振荡次数就增多，调节时间也加长;当Kp太大时，系统会趋于不稳定;若Kp太小，又会使系统的动作缓慢。（2）对稳态特性的影响:当比例控制Kp加大，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差，提高控制精度，但是Kp的加大只是减少稳态误差，却不能完全消除稳态误差。第7章 微机测控系统的督察PID控制 2.积分控制积分控制KI对控制性能的影响对控制性能的影响积分控制通常与比例控制或微分控制联合作用，构成PI控制或PID控制。（1）
28、对动态特性的影响:积分控制KI通常使系统的稳定性下降。若KI太小,系统将不稳定;若KI偏小，振荡次数较多；若KI太大，对系统性能的影响将减小；当KI合适时，过渡过程比较理想。（2）对稳态特性的影响:积分控制KI能够消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度，但是KI若太大时，积分作用太弱，不能减小稳态误差。第7章 微机测控系统的督察PID控制 3.微分控制微分控制TD对控制性能的影响对控制性能的影响微分控制通常与比例控制或积分控制联合作用，构成PI控制或PID控制。微分控制可以改善动态特性，如超调量减少，调节时间缩短，允许加大比例控制，使稳态误差减小，控制精度提高。当KD偏大时，超调量较大，调
29、节时间较长；当KD偏小时，超调量也较大，调节时间也较长；只有在KD合适的情况下，才能得到比较满意的过渡过程。第7章 微机测控系统的督察PID控制 4.控制规律的选择控制规律的选择长期以来，PID调节器的应用十分普遍，已为广大工程技术人员所接受和熟悉。其原因如下：PID控制是一种最优的控制算法；PID参数Kp、KI、KD相互独立，参数整定比较方便；PID算法比较简单，计算工作量较小，容易实现多回路控制。在实际使用中，根据对象特性和负荷情况，合理选择控制规律是至关重要的。根据分析可得出如下结论：（1）对应一阶惯性对象，由于负荷变化不大，工艺要求不高，可采用比例（P）控制。第7章 微机测控系统的督察
30、PID控制（2）对于一阶惯性与纯滞后环节串联的对象，负荷变化不大，但控制精度要求较高，可采用比例积分（PI）控制。例如，压力、流量、液位的控制。（3）对于纯滞后时间较大，负荷变化也较大，控制性能要求高的场合，可采用比例积分微分（PID）控制。例如，蒸气温度控制、PH值控制等。第7章 微机测控系统的督察PID控制 7.6.2 采样周期采样周期T的选择的选择数字PID控制是建立在用计算机对连续PID控制进行数字模拟基础上的，它是一种准连续控制。显然，采样周期越小，数字模拟越精确，控制效果也就越接近连续控制。对大多数算法，缩短采样周期可使控制回路性能改善，但采样周期缩短时，频繁的采样必然会占用较多的
31、计算机工作时间，同时也会增加计算机的计算负担，而对有些变化缓慢的受控对象无需很高的采样频率，过多的采样反而没有多少实际意义。从理论上讲，采样周期应满足采样定理，但在实际中，由于被采样信号频率组分中最高频率分量的周期往往难以确定，因此，采样周期的选择应视具体对象而定，反应快的控制回路应选择较短的采样周期，而反应缓慢的控制回路可以选用较长的采样周期。实际选用时，应注意以下几点：第7章 微机测控系统的督察PID控制（1）采样速率应能跟随给定值的变化频率。加到被控对象上的给定值变化频率越高，采样频率应越高，以使给定值的改变能够迅速得到反应。（2）采样周期应比对象的时间常数小得多，否则采样信息无法反映瞬
32、变过程。（3）采样周期的选择应注意系统主要干扰的频谱，特别是工业电网的干扰。一般希望它们有整数倍的关系，这对抑制测量中出现的干扰和进行数字滤波大为有益。第7章 微机测控系统的督察PID控制（4）应考虑使用的算式和执行机构的类型。PID算式中的积分和微分作用都与采样周期的选择有关，采样周期太小，会使积分作用、微分作用不明显。同时，因受微机计算精度的影响，当采样周期小到一定程度时，前后两次采样的差别反映不出来，使调节作用因此而减弱。此外，由于执行机构存在动作惯性，采样周期的选择要与之适应，否则执行机构来不及反应数字控制器输出值的变化。（5）当系统中纯滞后占主导地位时，采样周期应按纯滞后大小选取，并
33、尽可能使纯滞后时间接近或等于采样周期的整数倍。第7章 微机测控系统的督察PID控制（6）应考虑控制的回路数。一般来讲，考虑到计算机的工作量和各个调节回路的计算成本，要求在控制回路较多时，相应的采样周期应长一些，以使每个回路的调节算法都有足够的时间来完成。采样周期T等于各个回路控制程序的单独执行时间之和。实际上，用理论计算来确定采样周期存在一定的困难。因此，一般按表4-3的经验数据进行选用，然后在运行试验时进行修正。第7章 微机测控系统的督察PID控制 7.6.3 PID控制参数的工程整定法控制参数的工程整定法1.扩充临界比例度法扩充临界比例度法扩充临界比例度法是整定模拟调节器参数的临界比例度法
34、的扩充，其步骤是：（1）首先选择一个合适的采样周期T。（2）用选定的采样周期T，求出临界比例系数KS和临界振荡周期TS。具体方法是使微机测控系统只采用纯比例调节，逐渐增大比例系数，直至出现临界振荡，这时的Kp和振荡周期就是临界比例系数KS和临界振荡周期TS。第7章 微机测控系统的督察PID控制（3）选择合适的控制度。所谓控制度，就是以模拟调节为基准，将数字控制效果与其相比。控制效果的评价函数通常采用误差平方积分，即)(d)()(d)(0202模拟控制数字控制控制度度ttette（7-27）（4）根据选择的控制度，查表7-1，即可求出T、Kp、TI、TD的值。第7章 微机测控系统的督察PID控制
35、 表表7-1 扩充临界比例度法整定参数表扩充临界比例度法整定参数表 第7章 微机测控系统的督察PID控制（5）按计算参数进行在线运行，观测结果。如果性能欠佳，可适当加大控制度，重新求取各个参数，继续观测控制效果，直至满意为止。第7章 微机测控系统的督察PID控制 2.阶跃响应曲线法阶跃响应曲线法这一方法适用于多容量自平衡系统。其参数整定步骤如下：（1）断开数字控制器，使系统在手动状态下工作。当系统在给定值处于平衡后，施加一阶跃输入。（2）用仪表记录下被调参数在阶跃作用下的变化曲线，如图7-9所示。（3）在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间，对象时间常数Tm，以及它们的比值Tm/。（4）根据所求
36、得的Tm、和Tm的值，查表7-2，即可求得T、Kp、TI和TD。表中控制度的求法和扩充临界比例度法的相同。第7章 微机测控系统的督察PID控制 图7-9 阶跃响应曲线法 第7章 微机测控系统的督察PID控制 表表7-2 阶跃响应曲线法整定参数表阶跃响应曲线法整定参数表 第7章 微机测控系统的督察PID控制 总之，PID控制参数的整定是一个工程问题，需要相应的理论计算与实际运行相结合，也需要一定的实际经验，下面给出编者在实际工作中得出的一些经验总结，供读者参考：整定参数寻最佳，从小到大逐渐查；先调比例后积分，微分作用最后加；曲线振荡很频繁，比例刻度要放大；曲线漂浮波动大，比例刻度往小拉；曲线偏离回复慢，积分时间又过大；曲线波动周期长，积分时间再增加；曲线振荡动作频繁，微分时间又太大；曲线上下有偏差，微分时间应加大；曲线振荡大小波，控制效果最理想。第7章 微机测控系统的督察PID控制 思考题与习题思考题与习题 1.微机测控系统的性能指标有哪些？2.微机测控系统中为什么要采用调节器？3.增量式PID算法与位置式PID算法有何区别？各用在什么场合？4.试写出不完全微分控制算法，并谈谈它有何优点。5.简述确定PID参数的方法与步骤。6.试用MCS-51汇编语言编写实现增量式PID算法与位置式PID算法的程序。
