数据处理技术

六、控制技术及其算法
2．控制算法
PID控制器
六、控制技术及其算法
2．控制算法
（1）基本数字PID算法 式4－66中， 为积分常数： 为微分常数:
在调节器进行自动/手动切换时，采用增量式算法易于 做到无扰切换。 在增量式算法中，比例项与积分项的符号有如下关系： 当 当 反之： 当 当 且继续偏离SV时， 且继续偏离SV时， 且继续靠近SV时， 且继续靠近SV时， ； ； ； ；
六、控制技术及其算法
1．闭环（反馈式）仪表与控制技术
（1）闭环仪表（反馈式测量系统） 闭环仪表（反馈测量系统）的结构特点常归 纳成图4.25所示方框图形式。
被测量 R(S) r(t) 传感器K Fm + 干扰 N1 干扰 前向 放大 环节G 反馈环节H N2 输出 O(S) o(t)
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图4.25 闭环仪表结构方框图 按控制理论的定义，闭环仪表属于随动控 制系统。
六、控制技术及其算法
1．闭环（反馈式）仪表与控制技术
（1）闭环仪表（反馈式测量系统）
内 旋 传 感 器
六、控制技术及其算法
1．闭环（反馈式）仪表与控制技术
（1）闭环仪表（反馈式测量系统）
二次 仪表
六、控制技术及其算法
1．闭环（反馈式）仪表与控制技术
（2）数字式闭环仪表的控制技术 闭环仪表可以分为模拟式闭环仪表和微机式闭环仪 表。 模拟式闭环仪表：对仪表平衡状态的控制通过放大补 偿电路实现；该电路首先将状态检测传感器的信号进行放 大，然后加上一定微积分补偿作用再放大得到足够的功率 去驱动反馈机构。该电路常常被叫做伺服放大器。 微机式闭环仪表：微机检测仪表的状态，若不平衡则 按一定控制规律输出给反馈机械的控制信号，使仪表达到 新的平衡。 （1）结构上：与随动式微机控制系统基本一样。 （2）控制算法上：和通用型的数字调节器一样。

六、控制技术及其算法
六、控制技术及其算法
2．控制算法
（1）基本数字PID算法 将微机式闭环仪表进一步展开，其结构如图4.26 所示。它用A/D输入通道、D/A输出通道和微机电路取 代了模拟闭环仪表的PID放大电路，用数字PID算法代 替了模拟仪表由电阻电容和放大器等硬件电路实现的 PID调节规律。图4.26中虚线所框部分与通用型数字 调节器的结构是一样的。
六、控制技术及其算法
1．闭环（反馈式）仪表与控制技术
（1）闭环仪表（反馈式测量系统） 作为反馈系统，闭环仪表应用比较功能和偏差控 制功能，可以自动维持输入（被测量）和输出（表达 量）之间的预先确定关系，使输出始终跟随输入的变 化；这样，被测量R就转换成了表达量。 当仪表平衡时，即控制系统进入稳态后，反馈环 节的输出与传感器的输出基本相等，两者比较后的偏 差大小取决于前向放大环节的放大增益，当该放大增 益很高，或数字形式比较的分辨率很高时，系统趋近 于无差系统，系统输入输出的关系接近于理想情况。
六、控制技术及其算法
2．控制算法
（1）基本数字PID算法 PID控制就是比例（P）加积分（I）加微分（D） 的三作用控制，是模拟闭环仪表和模拟控制系统很早 提出、技术成熟、应用广泛的一种校正控制方法。 比例（P）：对偏差反映及时，有效抑制静差； 微分（D）：加快系统的动作速度，并可减少超调， 改善系统的动态特性； 积分（I）：可以清除静差，提高校正控制精度，改 善系统的静态特性。 PID调节具有良好的适应性，结构的典型性，参 数整定的便利性等诸多优点，这使得它的应用经久不 衰并不断发展。

为调节器的输入，即系统偏差； 为比例增益，与调节比例度互为例数； 为积分时间常数，决定积分作用的强弱； 为微分时间常数，决定微分作用的强弱。
六、控制技术及其算法
2．控制算法
（1）基本数字PID算法 在数字调节系统中，设采样周期为 ，初始采样 时刻为0，第 次采样的偏差为 ，控制输出为 , 则式（4-64）可以用离散形式表示为： 式4－65 式4－65为位置式PID算式。在某些情况下，调节 器的输出用来控制步进电机的转动，或者通过加、减 计数器产生外部控制信号，因此只要求调节器输出控 制信号的改变量，可代之以如下增量式PID算式。 式4－66
六、控制技术及其算法
1．闭环（反馈式）仪表与控制技术
（1）闭环仪表（反馈式测量系统） 开环仪表相比，闭环仪表： 结构相对复杂； 调试相对麻烦； 成本相对较高。 但是，在深度负反馈的情况下，闭环仪表的性 能稳定与否主要取决于反馈环节的性能，对前向通 道各环节的性能要求可以大大降低；这样就容易解 决高灵敏度和高稳定性之间的矛盾，获得高的测量 精度和整体效果。
R 比较 机构 状态检 测传感 器 放大 A/D 反 馈 机 构 PID 算法 D/A 功放 O
图4.26 微机式闭环仪表结构示意图
六、控制技术及其算法
2．控制算法
（1）基本数字PID算法 理想的模拟PID算式为： 式4－64 式中： 为调节器新的输出，决定执行器的位置； 为 等于零时的输出，对应于执行器初始位置；
第四章 Biblioteka Baidu据处理技术
主要内容
一、 数据处理技术概述 二、 标度变换处理与程序设计 三、 数字滤波及其程序设计 四、 数字线性化技术与程序设计 五、零点漂移与增益误差处理 六、控制技术及其算法 七、相关测量及其算法
六、控制技术及其算法
1．闭环（反馈式）仪表与控制技术
（1）闭环仪表（反馈式测量系统） 在测量领域，人们早已学会使用反馈零件原理 (feedback nulling principle)设计仪表，使测 量水平不断提高。今天，反馈形式（闭环结构） 已成为测量系统的几种基本结构形式之一。 Finkelstein曾指出，为了便于分析和综合， 仪表应该作为系统考虑，因为它也是由许多零部件 互联能完成特定功能的集合体，只有通过模型才能 描述它们和系统地研究它们。 闭环（反馈式）仪表作为一个系统，其主要 特性完全类似于一个其他闭环控制系统。