第4章 数字PID控制

451第四章点参数点是一组数据值（称为参数）的集合。

在数据库中，用户操纵的对象是点（TAG），系统也以点为单位存放各种信息。

点存放在实时数据库的点名字典中。

实时数据库根据点名字典决定数据库的结构，分配数据库的存储空间。

用户在点类型组态时决定点的结构，在点组态时定义点名字典中的点。

点参数是含有一个值（整型、实型、字符串型等）的数据项的名称。

例如：PV、DESC等。

在点名字典中，每个点都包含若干参数。

力控数据库系统提供了一些系统预先定义的标准点参数，如：NAME、DESC、PV等；用户也可以创建自定义点参数。

对一个点的访问实际上是对该点的具体某一参数的访问；对一个参数值进行访问时也必须明确指定其所属点的名称。

采用“点名.参数名”的形式访问点及参数，如“TAG1.PV”表示点TAG1的PV参数。

因为PV参数代表过程测量值，经常被访问，因此在力控系统中，当访问某一点而不指定具体参数名时，均表示访问的是PV参数。

如：访问“TAG1”即表示访问“TAG1.PV”。

一个点可以包含任意个用户自定义参数，也可以只包含标准点参数而没有用户自定义参数。

下面对所有标准点参数进行说明。

ALARMDELAY说明报警延时时间数据类型整型，数值范围：大于等于0，以毫秒为单位备注ALARMPR说明状态异常报警优先级数据类型整型，数值范围：0~3备注ALARMPR的不同取值分别代表状态异常报警优先级的不同级别：0：无动作，即不关心该类型报警，也不生成报警记录1：低级2：高级3：紧急报警ALMACK说明报警确认。

该参数值为1时表示报警已被确认数据类型整型452 第三部分参考手册备注第0位（bit）为1时，表示限值报警已被确认；第1位为1时，表示偏差报警已被确认；第2位为1时，表示变化率报警已被确认；ALMSTAT说明报警状态数据类型整型备注第0位（bit）为1时，表示有限值报警产生；第1位为1时，表示有偏差报警产生；第2位为1时，表示有变化率报警产生；ALMENAB说明报警开关数据类型整型，数值范围：0~1备注ALMENAB的不同取值分别代表报警开关的两种状态：0：禁止生成报警记录1：允许生成报警记录BADPVPR说明坏ＰＶ过程值报警优先级数据类型整型，数值范围：0~3备注BADPVPR的不同取值分别代表坏ＰＶ过程值报警优先级的不同级别：0：无动作，即不关心该类型报警，也不生成报警记录1：低级2：高级3：紧急报警BETA说明PID结点的积分分离阈值数据类型实型备注当选择增量式算法时，积分分离阈值在最大输出值与最小输出值之间；第四章点参数453当选择位置式算法时，可以有任意大于0的积分分离阈值；当选择微分先行法时，无积分分离阈值。

增加
•t2～t3:e＜0，输出减小，但
输出气压大于0.1MPa，阀门全开
调节阀开度
•t>t3:阀门关小。
4.3 比例积分控制（PI控制）
★ 抗积分饱和的措施
引入积分环节的控制器,很容易产生积分饱和现象.比如 在电机的启动,停车或大幅度增减设定值时,短时间内系 统输出很大的偏差,会使PID运算的积分积累很大，引起 输出的控制量很大,这一控制很容易超出执行机构的极限 控制量，从而引起强烈的积分饱和效应.另外对于迟延时 间大的系统，也容易产生积分饱和现象．

δ越大：过渡过程越平稳，残差大，稳定性↑，调节时间↑。 δ减小：振荡加剧，稳定性↓，残差小 δ减到某一数值时，出现等幅振荡，此时称为临界比例度
4.3 比例积分控制（PI控制）
积分控制的调节规律
★ 积分控制的输入/输出关系
在积分调节中,调节器的输出信号变化速度du/dt与偏差信 号e成正比,即：
u Kce Ki e dt
0
t
1 t (e e dt ) Ti 0
Kc---比例增益 Ki---积分增益 δ---比例带
1
Ti---积分时间
4.3 比例积分控制（PI控制）
调节过程： 在施加阶跃输入的瞬间，调节器立即 输出一个幅值为△e/δ的阶跃，然后以 固定的速度△e/(δTi)变化。当t=Ti时， 调节器的总输出为: 2△e/δ 由e= △e为常数，代入式中则： 积分部分
也就是e≠0.
4.2 比例控制（P控制）
原理：热水温度θ是由传感器θT 获取信号并送到调节器θC的，调 节器控制加热蒸汽的调节阀开度 以保持出口水温恒定，加热器的 热负荷既决定于热水流量Q也决 定于热水温度θ。

第一章 目录
1
PID控制简介
2
3
4.1 PID控制的原理和特点
4. 2 PID各环节对控制系统的影响
4
5
4.3 PID参数的调整方法 4.4 PID应用实例
PID 控制简介
目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化 水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历 了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个 阶段。 目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表） 已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用， 有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有 PID参数自整定功能的智能调节器，其中PID控制器参数 的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法 来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液 位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)， 还有可实现PID控制的PC系统等等。
e(n) r (n) c(n)
4.1.2 数字PID
当采样周期T很小时 dt 可以用T近似代替， de(t ) 可用 e(n) e(n 1) 近似代替，“积分”用“求和”近 似代替，即可作如下近似
de (t ) e(n) e(n 1) dt T
e(t )dt e(i)T
u p (n) K P e(n)
第二项起积分控制作用,称为积分（I）项
T u I ( n) K P TI
e(i)
i 1
n
第三项起微分控制作用,称为微分（D）项 即
TD u D (n) K P [e(n) e(n 1)] T
4.1.2 数字PID
这三种作用可单独使用(微分作用一般不单独使用)或合并 使用,常用的组合有:
4.1 PID控制的原理和特点

图4-29 自动与手动无扰转换 系统处于自动状态时
U (z) 1
Kp
z 1 1 (1 ) z 1
lim
T 0 z 1
E ( z ) K p 1 E(z) z 1
1
稳态时有
控制度=

0 0
[e 2 (t )dt ]DDC [e 2 (t )dt ]模拟
自动化学院
14/29
模拟PID参数确定法——稳定边界法
参见《过程计算机控制》王锦标，清华出版社
2．扩充阶跃响应曲线法
整定T和KP、TI、TD的步骤如下: ①数字控制器不接入系统，将被控对象的被控制量调到 给定值附近，并使其稳定下来，然后测出对象的单位 阶跃响应曲线 。 ②在对象响应曲线的拐点处作一切线，求出纯滞后时间 τ和时间常数Tm以及它们的比值Tm/τ 。 ③选择控制度 ④查表4-2，即可求得数字控制器的KP、TI、TD及采样周 期T。
(2)若稳态误差不能满足设计要求，则需加入积分控制。 整定时先置积分时间TI为一较大值，并将经第1步整定 得到的KP减小些，然后减小TI ，并使系统在保持良好 动态响应的情况下，消除稳态误差。这种调整可根据 响应曲线的状态，反复改变KP及TI ，以期得到满意的 控制过程。 (3)若使用PI调节器消除了稳态误差，但动态过程仍不能 满意，则可加入微分环节。在第2步整定的基础上，逐 步增大TD，同时相应地改变KP和TI，逐步试凑以获得 满意的调节效果。 17/29
U ( s)

1

离散法1：积分用双线性法，微分用向后差分法。 结论： z 1 z 1 D1( z ) 300 0.00025 200000 在对模拟PID控制器进行离散化时， z 1 z 积分环节采用双线性变换法， 离散法2：积分和微分均采用双线性变换法。 微分环节采用向后差分法进行离散化。