DCS及现场总线技术学习培训模板课件.ppt
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1、DCSDCS及现场总线技术及现场总线技术第4章 DCS控制算法及组态4.1 PID控制算法控制算法 4.1.1 理想理想PID控制算法控制算法 离散PID控制算法可分为三类:位置算法、增量算法、速度算法。1.位置算法位置算法TkekeTKTjeTKkeKkudpkjipp)1()()()()(0)1()()()()(0kekeKjeKkeKkuDkjIpipITTKK TTKKdpD 积分系数;微分系数;2.增量算法增量算法 PID控制增量算法为相邻两次采样时刻所计算的位置值之差,即)2()1(2)()()1()()(kekekeKkeKkekeKkuDIp)1()()()()(kekeKke
2、KkeKkuDIp)1()()()()()(2kekeTTKkeTKTkeKTkukvdpipp3.速度算法速度算法 PID控制速度算法是增量算式除以采样周期T,即4.1.2 控制度和采样周期控制度和采样周期ANADDCANADDCISEISEdtedte)min()min(minmin 0202控制度 控制度表明了直接数字控制与模拟连续控制在控制品质上的差异程度。模拟调节器的控制品质好于数字调节器,所以控制度大于1,控制度越大,表示离散系统的控制品质越差。4.1.3 改进改进PID控制算法控制算法1.积分算法的改进积分算法的改进1)积分分离法 它的基本思想是:当偏差大于某个规定的门限值时,取
3、消积分作用,从而使不至于过大;只有当偏差较小时,才引入积分作用,以消除余差。积分分离PID算法可以表示为:)1()()()()(0kekeKjeKKkeKkuDkjIep时,加入积分作用,当时,取消积分作用,当00)(1)(0EkeEkeKe2)遇限削弱积分法 它的基本思想是:当控制量进入饱和区后,只执行消弱积分项的累加,而不进行增大积分项的累加。为此,在计算u(k)时,先判断u(k-1)是否达到饱和,若已超过umax,则只累加负偏差;若小于umin,则只累加正偏差,从而避免控制量长时间停留在饱和区。3)变速积分法 它的基本思想是:改变积分项的累加速度,使其与偏差大小相对应,即偏差越大,积分越
4、小,以致减到全无;偏差越小,积分越大,以利于消除余差。变速积分PID算法可以表示为:其中,是偏差e(k)的函数,当 增大时,f减小;减小时,f增大。)1()()()()()()(10kekeKkekefjeKkeKkuDkjIp)(kef1)(0kef)(ke)(ke4)圆整误差问题 由于工业计算机往往采用定点计算,存在字长精度限制的问题,当计算结果超过机器字长精度所能表示的范围时,计算机就将其作为机器零而把此数丢掉。常用的解决方法是在程序编制时设计一个累加单元,来解决由于定点运算的字长限制而丢掉积分作用的问题。另外圆整误差问题主要是针对增量式算法存在的。5)梯形积分法 若用梯形求积公式代替矩
5、形积分 来进行数字积分,可提高积分计算的精度且少受噪声的影响。但需要增加计算时间和内存容量。Tje)(Tjeje2)1()(2.微分算法的改进微分算法的改进1)微分先行 微分先行是只对被控变量进行微分作用,而不对设定值进行微分作用。微分先行的PID位置算式为:)1()()()()(0kykyKjeKkeKkuDkjIp 微分先行的PID增量算式为:)2()1(2)()()1()()(kykykyKkeKkekeKkuDIp 不完全微分PID位置算式为:)1()1()()()()(*0kukekeTTKjeTTKkeKkuDdpkjipp2)不完全微分 微分环节具有超前调节作用,常用来改善被控系
6、统的动态性能,但微分作用对信号的高频噪声很敏感,实际使用时通常需要加上惯性环节。3)四点中心差分法 该方法在组成差分时,不是直接使用前后两次偏差,而是用平均差做基准,再用加权平均的方式构成近似微分项。采用四点中心差分法的PID位置算式为:)3()2(3)1(3)(6)()()(0kekekekeTTKjeTTKkeKkudpkjipp3.其他形式的其他形式的PID控制算法控制算法1)带有不灵敏区的PID控制算法 对于某些对控制要求不高,且希望控制作用尽量少变的系统,可以采用带有不灵敏区的PID控制算法,即时,当时当,BkekuBkekuku)()1()()()(其中,B为不灵敏区2)二维PID
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