第四章数字PID控制技术-网络课件电子讲稿规范(PPT
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PID控制!!ppt课件
也就是说，若以距离y作为输入，以力f作为输出，则缓冲器可以称 为微分环节。
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微分控制器的输出只与偏差的变化速度有 关，而与偏差存在与否无关。 因此，纯粹的微分控制作用是无意义的， 一般都将微分控制作用与比例控制结合起 来使用。
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微分控制的作用：
1、微分控制的作用是有偏差信号e（t）的当
1、对当前时刻的偏差信号e（t） 进行放大或衰减后作为控制信 号输出。
2、比例系数Kp越大，控制作用
越强，系统的动态特性也越好，
动态特性主要表现为起动快，
对阶跃设定跟随的快。
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比例控制的作用: 3、对于有惯性的系统， Kp过大时会出现较 大的超调，甚至引起系统振荡，影响系统的 稳定性。
设流入的流量为 x，活塞的移动距离 为y，S为活塞的截面 积，t为时间。
当流入的流量为一定值x0时，可以得出： y=x0t/S
如果x是变化的，即为t的函数，则
也就是说，若以流入的流量x作为输入，以移动距离y作为输出，
则油缸是个积分环节。
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4、 积分（I）控制规律（过去）：
具有积分控制规律的控制器称为积分(I)控制器, 其传递函数为:
输出信号和输入信号的关系：
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带Ｉ控制器的系统输入输出示意图
控制器输出信号的大小，不仅与偏差大小有关，还取决于偏 差存在的时间长短。
只要有偏差存在，控制器的输出就不断变化。偏差存在时间 越长，输出信号的变化量越大，直到达到输出极限。
只有余差为0，控制器的输出才稳定。
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第4章PID控制原理-PPT课件
e / | Ymax Ymin | 100% u / | umax umin |
式中， [Ymin , Ymax ] 为被控变量的范围，即仪表的量程；
[u min , u max ] 为控制器输出信号范围，即控制器输出的工作范围。
8
如果采用的是单元组合仪表，控制器的输入和 输出都是统一的标准信号，此时 | Ymax Ymin || umax umin | ，则有 e 100% 1 100% u Kc (3-3) 这表明，比例带δ与控制器比例增益Kc的倒数成 正比。当采用无量纲形式（如采用单元组合仪表） 时，比例带δ就等于控制器比例增益Kc的倒数。比例 带δ小，意味着较小的偏差就能激励控制器产生 100%的开度变化，相应的比例增益Kc就本身并没有所 谓的静特性，但仍可根据流入、流出量的平衡关系 进行有无残差的分析。比如工业锅炉的水位控制。 为了保持水位稳定，给水量必须与蒸汽负荷保持平 衡。一旦失去平衡关系，水位就会一直变化下去。 因此，当蒸汽负荷改变后，给水阀开度必须有相应 的改变，才能保持水位稳定。如果采用比例控制器， 这就意味着在新的稳态下，水位必须有残差。
2
PID控制具有以下优点：
(1)原理简单，使用方便。 (2)适应性强，可以广泛应用于化工、热工、冶金、炼 油以及造纸、建材等各种生产部门。按PID控制进行 工作的控制器早已商品化。在具体实现上它们经历了 机械式、液动式、气动式、电子式等发展阶段，但始 终没有脱离PID控制的范畴。即使目前最新式的过程 控制计算机，其基本的控制功能也仍然是PID控制。 (3)鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不 大敏感。
当|e(t)|超出该范围时，控制器输出具有饱和特性，保 持在最小或最大值。因此，比例控制有一定的应用范 围，超过该范围时，控制器输出与输入之间不成比例 关系。这表明，从局部范围看，比例控制作用表示控 制输出与输入之间是线性关系，但从整体范围看，两 者之间是非线性关系。
pid控制PPT课件
k
Kpe(k)Ki e(j)Kde(k)e(k1) j0
式中，u(k)为第k次采样时刻的控制器的输出值； e (k-1)和e (k)分别为第(k-1)次和第k次采样时刻的偏差值。
只要采样周期T足够小，数字PID控制与模拟PID控制就会十分
精确的接近。
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1.2.2 增量式PID控制算法
e(k )
0 e(k )
e(k) e0 e(k) e0
式中，e(k)为位置跟踪偏差，e0是一个可调参数，其 具体数值可根据实际控制对象由实验确定。若e0值 太小，会使控制动作过于频繁，达不到稳定被控对象
的目的；若e0太大，则系统将产生较大的滞后。
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1.2.9 带死区的PID控制算法
1.1 PID控制原理
闭环控制系统原理框图
图中所示为控制系统的一般形式。被控量y(t)的检测值c(t)与给定值r(t) 进行比较，形成偏差值e(t)，控制器以e(t)为输入，按一定的控制规律 形成控制量u(t)，通过u(t)对被控对象进行控制，最终使得被控量y(t)运 行在与给定值r(t) 对应的某个非电量值上。
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1.1 PID控制原理
模拟PID控制系统原理框图
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3
1.1 PID控制原理
PID控制器各环节的作用如下：
（1）比例环节的数学式表示是:
Kp e(t)
在模拟PID控制器中，比例环节的作用是对偏差量e(t)瞬间 作出反应, 产生相应的控制量u(t)，使减少偏差e(t)向减小的 方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数Kp， Kp越大， 控制作用越强，则过渡过程越快，控制过程的静态偏差ess 也就越小,但是Kp越大，也越容易产生振荡，增加系统的超 调量，系统的稳定性会变差。
数字PID控制的实现技术ppt课件
采样T 周 对 期象 ：时 1间 0 常数
2. 扰动特性；
采样T 周 主 期 要 ： 扰 1动 0 周期
3. 信噪比〔信噪比小，采样周期就要大些〕。
采样周期的选择
流量控制中不同采样周期的比较：
§2－3：“正反作用〞方式
控制系统引入正反作用方式的必要性：
r(t) + - y(t)
K
c
1
1 Ti s
例如f：o fs 表观频率
对正弦信号进行采样
0.5
1.0
1.5
Nyquist频率： f N
fs 2
2.0
2.5
f fs
真实频率
采样周期的选择
在实时采样控制系统中，那么要求在每个采样 时辰，以有限个采样数据近似恢复原始信号， 所以不能照搬采样定理的结论。
采样周期的选取要思索以下几个要素： 1. 被控过程的动态特性；
w+ e
+
K
u
N
ur G
y
y-
+
-+
R
抗积分饱和算法方框图
数字PID控制器的抗积分饱和算法
r 1 Tis 1 Tis + -
设定值滤波 [0,1]
y
抗积分饱和 1
-
-
Kc Ti
+
Kc
Tt
1
+
s
++ v
u
-
KcTd s
对象输入饱和非线性
1 Td s N 不完全微分 （实际执行机构或其模型）
PID抗积分饱和算法实现
选择要点：决议于对象特性及调理阀构造， 最终是为了使控制回路成为“负反响〞系 统。详细工程上的判别方法为：
2. 扰动特性；
采样T 周 主 期 要 ： 扰 1动 0 周期
3. 信噪比〔信噪比小，采样周期就要大些〕。
采样周期的选择
流量控制中不同采样周期的比较：
§2－3：“正反作用〞方式
控制系统引入正反作用方式的必要性：
r(t) + - y(t)
K
c
1
1 Ti s
例如f：o fs 表观频率
对正弦信号进行采样
0.5
1.0
1.5
Nyquist频率： f N
fs 2
2.0
2.5
f fs
真实频率
采样周期的选择
在实时采样控制系统中，那么要求在每个采样 时辰，以有限个采样数据近似恢复原始信号， 所以不能照搬采样定理的结论。
采样周期的选取要思索以下几个要素： 1. 被控过程的动态特性；
w+ e
+
K
u
N
ur G
y
y-
+
-+
R
抗积分饱和算法方框图
数字PID控制器的抗积分饱和算法
r 1 Tis 1 Tis + -
设定值滤波 [0,1]
y
抗积分饱和 1
-
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Kc Ti
+
Kc
Tt
1
+
s
++ v
u
-
KcTd s
对象输入饱和非线性
1 Td s N 不完全微分 （实际执行机构或其模型）
PID抗积分饱和算法实现
选择要点：决议于对象特性及调理阀构造， 最终是为了使控制回路成为“负反响〞系 统。详细工程上的判别方法为：
《PID控制原理》课件
PID调节器
PID调节器的设计方法多种多样。本节将介绍手动调节法和自动调节法，以及它们在不同情况下的应用。
PID控制器的设计与应用
了解PID控制器的稳定性和性能分析，以及参数选取方法对于在实际工程中应用PID控制器至关重要。
结论
PID控制器有其优点和缺点。本节将总结这些，并展望PID控制器的未来发展 方向。
参考文献
掌握PID控制原理所需要的理论基础、应用知识以及T课件
简介
PID控制器是自动控制领域中常用的控制算法之一。本节将介绍PID控制器的 概述、应用场景以及与传统控制器的区别。
PID控制器原理
在PID控制器中，P（比例）、I（积分）、D（微分）控制器起着重要的作用。了解这些基本原理是理 解PID控制器工作方式的关键。
《自控原理PID控制》课件
2 PID控制的3个参数分别是什么？
PID控制器的三个参数分别是比例系数（P）、积分系数（I）和微分系数（D）。
3 什么情况下需要调整PID参数？
当被控对象的动态特性发生变化时，需要调整PID参数以实现更好的控制效果。
PID控制器的设计
1 如何选择控制策略？
2 PID控制器的实现方法
有哪些？
选择合适的控制策略取决于
3 如何设置PID控制器的
参数？
被控对象的特性、系统的要
PID控制器可以通过模拟电
设置PID控制器的参数需要
求以及应用场景。
路、数字控制器或计算机软
根据系统响应和稳定性要求
件等方式进行实现。
进行调D控制在哪些领域应用广泛？
PID控制广泛应用于工业自动化、飞行器、机器 人等领域，实现对物理过程的精确控制。
2 PID控制在具体应用中的设计及实现。
PID控制在具体应用中需要根据被控对象的特性 和应用要求进行设计和实现。
总结
1 PID控制的优缺点及适用范围。
2 如何优化PID控制器的设计？
PID控制具有简单、灵活、精确的特点，适用于 许多系统，但在复杂或非线性系统中可能表现不 佳。
优化PID控制器的设计可以通过调整参数、采用 先进的控制算法或引入自适应控制等方法来实现。
《自控原理PID控制》PPT 课件
自控原理PID控制课件是一份介绍PID控制原理和应用的演示文稿。通过本课件， 您将详细了解PID控制的概念、原理、设计和应用，并掌握优化PID控制器的方 法。
概述
1 什么是PID控制？
PID控制是一种常用的自控原理，通过不断调整控制器的输出来使被控对象的状态达到期 望值。
2 为什么需要PID控制？
PID控制器的三个参数分别是比例系数（P）、积分系数（I）和微分系数（D）。
3 什么情况下需要调整PID参数？
当被控对象的动态特性发生变化时，需要调整PID参数以实现更好的控制效果。
PID控制器的设计
1 如何选择控制策略？
2 PID控制器的实现方法
有哪些？
选择合适的控制策略取决于
3 如何设置PID控制器的
参数？
被控对象的特性、系统的要
PID控制器可以通过模拟电
设置PID控制器的参数需要
求以及应用场景。
路、数字控制器或计算机软
根据系统响应和稳定性要求
件等方式进行实现。
进行调D控制在哪些领域应用广泛？
PID控制广泛应用于工业自动化、飞行器、机器 人等领域，实现对物理过程的精确控制。
2 PID控制在具体应用中的设计及实现。
PID控制在具体应用中需要根据被控对象的特性 和应用要求进行设计和实现。
总结
1 PID控制的优缺点及适用范围。
2 如何优化PID控制器的设计？
PID控制具有简单、灵活、精确的特点，适用于 许多系统，但在复杂或非线性系统中可能表现不 佳。
优化PID控制器的设计可以通过调整参数、采用 先进的控制算法或引入自适应控制等方法来实现。
《自控原理PID控制》PPT 课件
自控原理PID控制课件是一份介绍PID控制原理和应用的演示文稿。通过本课件， 您将详细了解PID控制的概念、原理、设计和应用，并掌握优化PID控制器的方 法。
概述
1 什么是PID控制？
PID控制是一种常用的自控原理，通过不断调整控制器的输出来使被控对象的状态达到期 望值。
2 为什么需要PID控制？
数字PID技术PPT共30页
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 —“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 —“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
数字PID控制算法课件
要点二
参数整定
数字PID控制算法的参数整定也是一个重要的问题。在实 际应用中，需要根据不同的被控对象和场景，手动调整 PID参数。然而，由于被控对象的复杂性和不确定性，手 动调整参数往往需要丰富的经验和技能，因此如何自动整 定参数也是一个需要解决的问题。
感谢观看
THANKS
案例二：多变量系统数字PID控制
总结词
多变量系统数字PID控制是一种先进的控制策略，可以 同时对多个变量进行控制，以实现系统的全面优化。
详细描述
多变量系统数字PID控制通常用于对具有多个自由度的 系统进行控制，例如化工过程控制系统。在该案例中， PID控制器通过对多个输入信号进行比例、积分和微分 运算，得到多个控制信号，以实现对多变量系统的全面 优化和控制。
02
数字PID控制算法的参数整
定
比例增益的调整
总结词
比例增益主要影响控制系统的响应速度和误差的抑制能力。
详细描述
增大比例增益可以加快系统的响应速度，减小稳态误差，但过大的比例增益可能导致系统不稳定。通常首先调整 比例增益，使系统响应速度达到期望值。
积分增益的调整
总结词
积分增益主要影响控制系统的稳态精度和响应速度。
采用更优的控制策略
总结词
采用先进的控制策略能够提高数字PID控制 算法的性能和鲁棒性。
详细描述
常用的控制策略包括串级控制、解耦控制、 前馈控制等。这些控制策略能够有效地提高 数字PID控制算法的性能和鲁棒性。例如， 串级控制能够减小控制系统的滞后和提高抗 干扰能力，解耦控制能够减小耦合效应对控 制系统性能的影响，前馈控制能够提高控制
05
数字PID控制算法的实践应
用
在工业控制系统中的应用
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（三）PID控制算法的数字实现 采用单片微机作为控制器核心的自动控制系统简化框图如图所示：
西
南
科
技
大
学 网
图4.4 单片机自动控制系统简化框图
络
教 育
12
它是由8031、8051或8751等单片微机系统通过A/D电路检测过程 变量Y，并计算误差e和控制变量u，通过D/A变换后输出到执行机构， 使过程Y稳定在设定点上。
当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是其增量时，由上 式可导出增量式PID计算公式：
上式可以进一步改写为：
式中：
西
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科
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３.两者的区别
（１）而位置式PID每次输出与整个过去状态有关，容易产生较大的 累积计算误差，增量式PID算法只需保持现时以前三个时刻的误差， 计算增量，计算误差对控制量的计算影响较小；
技
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6
图4.3 模拟PID调节器方框图
PID控制器把给定值W与实际输出值Y相减，得到控制偏差e，偏
西 南
差e经比例、积分、微分运算后，通过线性组合构成控制量u，然后
科 技
用u对对象进行控制。
大
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教 育
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1. 比例调节器
是一种简单的调节器，其控制 规律为：
u = KPe + u0
KP：比例系数， u0：控制常量， 即误差为零时的控制变量；如图所
示，比例调节器对误差e是即时响
应的，误差一旦产生，调节器立即
产生控制，使被控制的过程变量Y
向误差减小的方向变化。
（1）问题：对于有些控制对象，比例调节器回存在静差（残存的误
西 南 科
差），加大比例系数KP可以减小静差，但当KP过大时，会使动态质量 变差，导致系统不稳定。
技
大 （2） 优点：反应快。
学
第4章 数字PID控制技术
本章主要介绍PID调节器的优点、原理、数字实现， PID算法的积分饱和作用及其抑制方法，PID参数的整定 等。
பைடு நூலகம்
西
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1
引言
一、模拟控制系统和数字控制系统的区别
1. 模拟控制系统 其过程控制的方式如图所示（图中调节器多为气动或电动单元 组合仪表） ：
西
图4.1 模拟控制系统过程控制方框图
根据系统的要求，采用各种PID的变种，如PI、PD控制、不完全微分 控制、积分分离式PID控制、带死区的PID控制、变速积分PID控制、 比例PID控制等；
2. 易被人们熟悉和掌握； 3. 不需要求出数学模型； 4. 控制效果好。
西
（二）模拟PID调节器
南 科
PID控制器是一种线性调节器，其框图如图所示：
西
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在误差e阶跃变化的瞬间t=t0处有一冲激式瞬时响应，这是由微 分调节器产生的，它对误差的变化产生一个控制作用，以调整系统 输出，阻止误差的变化。误差变化速度越快ud越大，反馈校正量则 越大，故微分调节器的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统 趋于稳定，同时加快了系统的稳定速度，缩短调整时间，从而改善 了系统的动态性能。
顺序控制：可以看作是程序控制的扩展，在各个时期所给出设定 值可以是不同的物理量，每次设定值的给出，不仅取决于时间，还 取决于对前段控制结果的逻辑判断。
2. 比例积分微分控制（简称PID控制）
即Proportional（比例）、Integral（积分）、Differential （微分）的缩写，调节器的输出是其输入的比例、积分微分函数。
KP——调节器的比例系数；
TI ——调节器的积分时间；
西 南
TD ——调节器的微分时间；
科
技
PID调节的实质：根据输入的偏差信号，按比例、积分、微分的函
大 学
数关系进行计算，其运算结果用于输出控制。
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5
一、PID控制规律的数字实现
（一）优点 PID在数字化的计算机时代能得到广泛应用，主要有以下优点： 1. 技术成熟，结构灵活，不仅可以用常规的PID调节，还可以
3.可靠性高：由于计算机控制算法是用软件实现的，因此比用硬
西
件组成的模拟调节器具有更高的可靠性，且系统维护简单；
南
科
4.可改变调节品质，提高产品的产量和质量；
技
大
5.安全生产，改善工人劳动条件。
学
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3
三、计算机控制系统中常用的控制算法
1. 程序和顺序控制
程序控制：是被控量按照一定的、预先规定的时间函数变化，被 控量是时间的函数。
（２）控制从手动切换到自动时，增量式PID比位置式PID更易于实 现无冲击切换。
（四）PID算法的程序举例
由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的误差 计算控制变量u，因此模拟PID控制算法公式中的积分项和微分项不 能直接准确计算，只能用数值计算的方法逼近。
1. 位置式PID控制算法：
在采样时刻t=i*T（T为采样周期，i为正整数），通过数值公式 近似计算得：
西
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２.增量式PID控制算法：
科
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3. 比例积分微分（PID）调节器 其控制规律是：
Td：微分常数，Td越大，微分作用越强。 积分器虽然能够消除静差，但使系统的响应速度变慢，进一步
改进是通过检测误差的变化率来预报误差，并对误差的变化作出响 应。
理想的PID调节器对误差的阶跃响应如图所示：
西
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3. 复杂规律的控制
如串级控制、前馈控制、多变量解耦控制、最优控制、自适应
西
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控制、自学习控制等。
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技
4. 智能控制
大
学
可以看作是人工智能、运筹学和控制理论的交叉或汇合。
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4
4.1 数字PID控制规律
在模拟系统中，PID算法的表达式为：
式中：P(t)——调节器的输出信号；
e(t)——调节器的偏差信号，等于测量值与给定值之差；
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科
2.数字控制系统
技
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在数字控制系统中，用数字调节器来代替模拟调节器。
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2
图4.2 数字控制系统过程控制方框图
二、计算机控制系统的优点
1.一机多用：由于计算机运算速度快，而被控对象变化一般都比
较缓慢，可用一台计算机控制多个回路，节省设备费用；
2. 控制算法灵活：如PID、大林算法、最优控制等；
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（3）缺点：不能完全消除静差。
教 育
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2.比例积分（PI）调节器 其控制规律是：
Ti：积分常数，Ti越大，积分 作用越弱。
积分器的输出值大小取决于
对误差的累积结果，虽然误差不
变，但积分器的输出还在增加，
直至使误差e=0。积分器的加入
西
相当于能自动调节控制常量u0，
南
消除静差，使系统趋于稳定。
西
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图4.4 单片机自动控制系统简化框图
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它是由8031、8051或8751等单片微机系统通过A/D电路检测过程 变量Y，并计算误差e和控制变量u，通过D/A变换后输出到执行机构， 使过程Y稳定在设定点上。
当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是其增量时，由上 式可导出增量式PID计算公式：
上式可以进一步改写为：
式中：
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３.两者的区别
（１）而位置式PID每次输出与整个过去状态有关，容易产生较大的 累积计算误差，增量式PID算法只需保持现时以前三个时刻的误差， 计算增量，计算误差对控制量的计算影响较小；
技
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图4.3 模拟PID调节器方框图
PID控制器把给定值W与实际输出值Y相减，得到控制偏差e，偏
西 南
差e经比例、积分、微分运算后，通过线性组合构成控制量u，然后
科 技
用u对对象进行控制。
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1. 比例调节器
是一种简单的调节器，其控制 规律为：
u = KPe + u0
KP：比例系数， u0：控制常量， 即误差为零时的控制变量；如图所
示，比例调节器对误差e是即时响
应的，误差一旦产生，调节器立即
产生控制，使被控制的过程变量Y
向误差减小的方向变化。
（1）问题：对于有些控制对象，比例调节器回存在静差（残存的误
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差），加大比例系数KP可以减小静差，但当KP过大时，会使动态质量 变差，导致系统不稳定。
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大 （2） 优点：反应快。
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第4章 数字PID控制技术
本章主要介绍PID调节器的优点、原理、数字实现， PID算法的积分饱和作用及其抑制方法，PID参数的整定 等。
பைடு நூலகம்
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引言
一、模拟控制系统和数字控制系统的区别
1. 模拟控制系统 其过程控制的方式如图所示（图中调节器多为气动或电动单元 组合仪表） ：
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图4.1 模拟控制系统过程控制方框图
根据系统的要求，采用各种PID的变种，如PI、PD控制、不完全微分 控制、积分分离式PID控制、带死区的PID控制、变速积分PID控制、 比例PID控制等；
2. 易被人们熟悉和掌握； 3. 不需要求出数学模型； 4. 控制效果好。
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（二）模拟PID调节器
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PID控制器是一种线性调节器，其框图如图所示：
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在误差e阶跃变化的瞬间t=t0处有一冲激式瞬时响应，这是由微 分调节器产生的，它对误差的变化产生一个控制作用，以调整系统 输出，阻止误差的变化。误差变化速度越快ud越大，反馈校正量则 越大，故微分调节器的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统 趋于稳定，同时加快了系统的稳定速度，缩短调整时间，从而改善 了系统的动态性能。
顺序控制：可以看作是程序控制的扩展，在各个时期所给出设定 值可以是不同的物理量，每次设定值的给出，不仅取决于时间，还 取决于对前段控制结果的逻辑判断。
2. 比例积分微分控制（简称PID控制）
即Proportional（比例）、Integral（积分）、Differential （微分）的缩写，调节器的输出是其输入的比例、积分微分函数。
KP——调节器的比例系数；
TI ——调节器的积分时间；
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TD ——调节器的微分时间；
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PID调节的实质：根据输入的偏差信号，按比例、积分、微分的函
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数关系进行计算，其运算结果用于输出控制。
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一、PID控制规律的数字实现
（一）优点 PID在数字化的计算机时代能得到广泛应用，主要有以下优点： 1. 技术成熟，结构灵活，不仅可以用常规的PID调节，还可以
3.可靠性高：由于计算机控制算法是用软件实现的，因此比用硬
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件组成的模拟调节器具有更高的可靠性，且系统维护简单；
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4.可改变调节品质，提高产品的产量和质量；
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5.安全生产，改善工人劳动条件。
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三、计算机控制系统中常用的控制算法
1. 程序和顺序控制
程序控制：是被控量按照一定的、预先规定的时间函数变化，被 控量是时间的函数。
（２）控制从手动切换到自动时，增量式PID比位置式PID更易于实 现无冲击切换。
（四）PID算法的程序举例
由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的误差 计算控制变量u，因此模拟PID控制算法公式中的积分项和微分项不 能直接准确计算，只能用数值计算的方法逼近。
1. 位置式PID控制算法：
在采样时刻t=i*T（T为采样周期，i为正整数），通过数值公式 近似计算得：
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２.增量式PID控制算法：
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3. 比例积分微分（PID）调节器 其控制规律是：
Td：微分常数，Td越大，微分作用越强。 积分器虽然能够消除静差，但使系统的响应速度变慢，进一步
改进是通过检测误差的变化率来预报误差，并对误差的变化作出响 应。
理想的PID调节器对误差的阶跃响应如图所示：
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3. 复杂规律的控制
如串级控制、前馈控制、多变量解耦控制、最优控制、自适应
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控制、自学习控制等。
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4. 智能控制
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可以看作是人工智能、运筹学和控制理论的交叉或汇合。
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4.1 数字PID控制规律
在模拟系统中，PID算法的表达式为：
式中：P(t)——调节器的输出信号；
e(t)——调节器的偏差信号，等于测量值与给定值之差；
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2.数字控制系统
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在数字控制系统中，用数字调节器来代替模拟调节器。
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图4.2 数字控制系统过程控制方框图
二、计算机控制系统的优点
1.一机多用：由于计算机运算速度快，而被控对象变化一般都比
较缓慢，可用一台计算机控制多个回路，节省设备费用；
2. 控制算法灵活：如PID、大林算法、最优控制等；
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（3）缺点：不能完全消除静差。
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2.比例积分（PI）调节器 其控制规律是：
Ti：积分常数，Ti越大，积分 作用越弱。
积分器的输出值大小取决于
对误差的累积结果，虽然误差不
变，但积分器的输出还在增加，
直至使误差e=0。积分器的加入
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相当于能自动调节控制常量u0，
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消除静差，使系统趋于稳定。