文档介绍：第一节 引 言
在模拟控制系统中，系统的控制器是连续模拟环节，亦称为模拟调节器。而
在数字控制系统中，则用数字控制器来代替模拟调节器。
有了模拟调节器，为什么还要用计算机来实现数字控制呢？这是因为：
1）模拟调节器调节能力有限分项的存在，引起了而PID运算的“饱和”，因此，这种饱和称
为“积分饱和”。积分饱和增加了系统的调整时间和超调量，称为“饱和效应”，
显然，它对控制系统是不利的。
（2）积分饱和的防止方法
下面是两种常用方法：
上式称为积分分离PID算式
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右图为采用积分分离法的
PID算法框图：
遇限消弱积分法的基本思想是，当控制量进入饱和区后，只执行消弱积分项
的累加，而不进行增大积分项的累加。
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右图为采用遇限消弱积分法
的PID位置算法框图：
三、不完全微分的PID算法
其基本思想是，仿照模拟调节器的实际微分调节器，加入惯性环节，以克服完全微分的缺点。该算法的传递函数表达式为：
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在单位阶跃信号作用下，完全微分与不完全微分输出特性的差异，如下图：
四、纯滞后的补偿算法
右图为一单回路控制系统：
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史密斯纯滞后补偿原理是：与
并接一补偿环节
补偿被控对象中的纯滞后部分，这个环节称为预估器，如下图：
,用来
如下图所示，它由数字PID控制器和史密斯预估器组成。
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五、微分先行PID算法
微分先行PID算法是将微分运算放在前面。它由两种结构；
一种是对输出量的微分 如右图a所示；
另一种是对偏差的微分 如右图b所示；
六、带死区的PID控制
为了避免控制动作过于频繁，消除由此引起的振荡，可以人为地设置一个不灵敏区B,即采用带死区的PID控制。
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右图为带死区的PID运算流程图：
七、二自由度PID控制
所谓二自由度PID控制，就是使目标值跟踪特性为最优的PID参数和使外扰 抑制特性最优的PID参数，能分别独立地进行整定，使两特性同时达到最优。
（一）二自由度PID的构成方法
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作为实用构成法，必须考虑下述因素加以选定：
①必须易懂； ②结构简单；
③与传统技术的结合性； ④能继承传统的技术成果。
（二）基本型二自由度PID
有各种实现二自由度PID的方法，下图示出的是在传统的测定值微分先行型
PID上附加目标值滤波器，构成所谓目标值滤波器型PID。
它具有几个特点：
1）能继承、沿用传统的技术成果。
2）可以很容易地适用于现存系统。
3）推导公式的展开简明，容易。
4）结构简单、功能、作用易懂。
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（s）的推导
参照下图，推导目标值滤波器H（s）。
上图的响应表达式为：
目标值滤波器H（s）为：
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第五节 PID数字控制器的参数整定和设计举例
一、PID控制器参数对系统性能的影响
PID控制器的参数，即比例系数KP，积分时间常数TI,微分时间常数TD分
别能对系统性能产生不同的影响。
(一)比例系数KP对系统性能的影响
1．对动态特性的影响
比例系数KP加大，使系统的动作灵敏，速度加快。 KP偏大，则振荡次数加热调节时间加长。当KP 太大时，系统会趋于不稳定。若KP 太小，又会使系
统的动作缓慢.
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(二)积分时间常数TI 对系统性能的影响
2．对稳态特性的影响
加大比例系数KP，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差ess，提高控
制精度。但是，加大KP只是减少ess，却不能完全消除稳态误差。
TI 太小时，系统将不稳定， TI 偏小，则系统振荡次数较多。 TI 太大，对
系统性能的影响减少。
2．对稳态误差的影响
积分控制能消除系统的稳态误差i提高控制系统的控制精度。但是，若TI
太大时，积分作用太弱，以至不能减小稳态误差。
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(三)微分时间常数TD 对系统性能的影响
当TD 偏大时，超调量较大，调节时间较长；
当TD 偏小时，超调量也较大，调节时间也较长；
只有TD 合适时，可以得到比较满意的过渡过程。
二、采样周期r的选择原则
1)必须满足采样定理的要求。