一種PID控制仿真的實現(xiàn)

摘要：由于階躍信號在突變時，其導(dǎo)數(shù)為無窮大，實現(xiàn)PID控制仿真的過程中，傳統(tǒng)的階躍信號離散化方法，不能有效地體現(xiàn)這一點，本文提出一種改進(jìn)的階躍信號離散化方法，基于“能量補(bǔ)償”思想，并通過實例驗證，該方法能有效地減少仿真誤差。

關(guān)鍵詞：PID控制；計算機(jī)仿真；改進(jìn)型離散階躍信號

中圖分類號：TP15文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1引言

PID控制是“比例-積分-微分控制”的簡稱。由于其可以在不需要了解被控對象內(nèi)部機(jī)理的情況下，也可實現(xiàn)“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”的控制目的，且易于改進(jìn)，以及具有自動調(diào)節(jié)、抗干擾、等諸多優(yōu)勢，使得PID控制在工業(yè)現(xiàn)場獲得了廣泛的應(yīng)用。仿真是將所設(shè)計的控制系統(tǒng)應(yīng)用于實際生產(chǎn)過程前，進(jìn)行驗證的一種有效手段。在PID控制系統(tǒng)仿真的實現(xiàn)過程中，需要對時域信號進(jìn)行離散化。由于階躍信號的特殊性，傳統(tǒng)的離散化方法不能滿足要求，階躍信號在突變時，導(dǎo)數(shù)應(yīng)為無窮大。為此，本文基于“能量補(bǔ)償”思想，提出了一種改進(jìn)的離散化階躍信號的建立方法，并應(yīng)用于PID控制系統(tǒng)中。仿真結(jié)果表明，該改進(jìn)的離散化階躍信號方法具有可行性。

在圖1中，用字母P、I、D分別表示比例、積分、微分環(huán)節(jié)，這三個環(huán)節(jié)通過并聯(lián)方式組成PID控制器；PID控制器的輸出為u（t），u（t）輸入到執(zhí)行器，執(zhí)行器作用于被控對象，從而引起被控值的改變；取得被控對象的“被控值”，反饋回去，與設(shè)定值進(jìn)行減法比較，所得結(jié)果即為偏差e（t）；偏差e（t）是被控值與設(shè)定值的“差”，如何處理偏差？于是出現(xiàn)了PID運(yùn)算，PID控制器不斷對偏差e（t）進(jìn)行PID運(yùn)算，不斷地矯正輸出u（t），使“被控制”和“設(shè)定值”趨于相等（如果系統(tǒng)穩(wěn)定的話）。如果系統(tǒng)處在穩(wěn)態(tài)，事實上是處在動態(tài)平衡狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)干擾、設(shè)定值改變等情況，造成偏差e（t）的絕對值過大，則在減法比較器、PID控制器環(huán)節(jié)的共同作用下，可使偏差具有向零靠近的趨勢。負(fù)反饋控制也稱偏差控制。