数字控制系统

4- 20 mA 或 1- 5VDC u (t)
333H FFFH
转换成 整型
0–100 % u(k), CO%
_ 数字 控制器 e(k) + ysp
常用数字滤波器

中值滤波器
平均滤波器： 加权平均滤波器 一阶滤波器：
Ts 1 y f (k ) y f (k 1) (1 ) ym (k ), exp T Ym ( s) T f s 1 f Y f (s)
k
数字PID增量式

数字PID位置式：
Ts u (k ) Kc e(k ) Ti Td e( j ) e(k ) e(k 1) u0 Ts j 0
k

数字PID增量式：
T T u (k ) K c e(k ) e(k 1) s e( k ) d e( k ) 2e( k 1) e( k 2) Ti Ts u (k ) u (k 1) u (k )
t
k j 0


t
0
e( )d Ts e( j )
d e(t ) e(k ) e(k 1) dt Ts
数字PID位置式：
Ts u (k ) Kc e(k ) Ti Td e( j ) e(k ) e(k 1) u0 Ts j 0
1 N 1 y f (k ) y (k j ) N j 0
试比较上述滤波器的特点与应用场合
数字PID位置式

理论PID模拟算式
1 u (t ) Kc e(t ) Ti de(t ) u0 , e(t ) ysp (t ) y(t ) 0 e( )d Td dt
过程数据 与控制掺数
...
控制 算法 A/D 与 D/A 转换器
分散控制意义 分析 ?
...
被控过程或装置
单回路PID控制小结



过程动态特性的描述与获取 气开/气关控制阀与PID控制器正反作用的选择 PID控制器类型的选择 PID控制参数的整定（离线法与在线法） 流量控制回路的特殊性与控制参数整定 液位均匀控制回路的控制目标与参数整定 单回路控制中的积分饱和现象及其防止 数字PID控制算法
数字控制系统 与数字PID控制器
谢磊 浙江大学工业控制研究所
内 容



数百度文库控制系统的概念 数字滤波器的选择 数字PID控制算法及其改进型 集散控制系统（DCS）简述 小结
数字控制系统 与模拟控制系统的组成
D (t) ysp + _ %TO e(t) 控制器 u(t) %CO 控制阀 MV 被控 过程 + + y(t)
工业数字PID模块
跟踪输入 测量值 ym (k) 本地 设定值 远程 设定值 数字 滤波器 yf ( k) _ + R/L ysp 切换 e(k) 数字PID 增量式 u (k ) 变化率 限幅 + u (k) 输出 限幅 A/M 切换 MV(k) + 增量型 手操器 utr (k) ulim (k)

抗积分饱和的PID增量式：
T T v(k ) K c e(k ) e(k 1) s e(k ) d e(k ) 2e(k 1) e(k 2) Ti Ts v(k ) u (k 1) v(k ), if v(k ) umin umin , u (k ) v(k ), if umin v(k ) umax u , if v(k ) umax max
微分先行的数字PID增量式

常规的数字PID增量式：
Ts Td u (k ) K c e(k ) e(k 1) e( k ) e( k ) 2e( k 1) e( k 2) Ti Ts u (k ) u (k 1) u (k )
ym(t)
模拟 控制 系统
传感 变送器
D (t)
ysp + _
e(k)
数字 控制器
%CO u(k)
D/A 转换器
u(t)
控制 阀
MV
被控 过程
+
+
y(t)
yf (k)
数字 滤波器
ym (k)
A/D 转换器
%TO
传感 变送器
数字 控制 系统
数字控制器内部结构举例
4- 20 mA T 或 1- 5VDC s ym(t) 可转换 范围 0 - 5V 12位 A/D 转换器 可转换 范围 0 - 5V 零阶 保持器 12位 D/A 转换器 333H - FFFH 或 819 - 4095 归一化 0–100.0 % ym (k) 数字 滤波器 yf (k)
问题讨论：（1）程序实现；（2）手/自动无扰动 切换；（3）抗积分饱和
集散控制系统结构
(DCS，Distributed Control Systems)
操作员站
...
工程师站 网桥 或网关 局域网
Intranet / Internet
过程数据 与控制掺数 控制站 控制 算法 A/D 与 D/A 转换器
抗积分饱和的数字PID增量式

常规的数字PID增量式：
Ts Td u (k ) K c e(k ) e(k 1) e( k ) e( k ) 2e( k 1) e( k 2) Ti Ts u (k ) u (k 1) u (k )

微分先行PID增量式：
T T u (k ) K c e(k ) e(k 1) s e( k ) d y f ( k ) 2 y f ( k 1) y f ( k 2) , Ti Ts u (k ) u (k 1) u (k )