数字PID控制及其改进算法的应用
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转台是检测和评价惯性导航与制导系统的主要测试设备。转台内安装的是力矩电机，因此理想的转台的数学模型可以写成直流力矩电机的数学模型，PID控制器各控制环节的作用是这样的，比例控制(P控制)即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，积分控制(I控制)主要用于消除静差，微分控制(D控制)反应偏差信号的变化趋势(变化速率)。比例控制是对现在误差的一种校正，积分控制是对过去误差的校正，而微分控制是对将来可能的误差的校正。下面结合转台的控制过程对数字PID控制及其改进算法作具体的讨论。
1 Simulink仿真
转台的PID控制的Simulink仿真框图如图1所示。其中包含了两个子系统PID Controller(PID控制器)和Turn-table(转台)。对理想模型进行Simulink仿真实验。选用不同参数的PID控制器，它们对幅值为0.2的参考输入的阶越响应的过程曲线如图2所示。图中实线为只采用比例控制，取Kp=1；点画线、虚线和粗线均为采用比例微分控制，点画线的KI=1，KD=200；虚线的Kp=1，KD=600；粗线的Kp=10，KD=1000；图中点线为PID控制，Kp=1，KI=0.0005，KD=200。
分析图2可得出：
① 对于理想的数学模型，不需要积分控制项，只采用PD控制就够了。由于积分控制项的目的只是消除静差，所以在系统没有静差的情况下不要加入积分控制环节，因为积分控制环节会恶化过程动态特性，造成过大的超调量，并增加了调整时间；
② 不要忽视微分控制环节。要减小上升时间，增加系统的控制刚度，必然要求增加Kp，但过大的Kp会产生过大的超调，甚至使系统振荡，但增加Kp的同时只要增加KD一般都可以减小超调，获得较好的动态特性。可以这么说，理想的数学模型，采用大参数的PD控制可以获得足够好的控制性能。但也不是说可以一味的增加KP和KD的值，因为KP值越大，控制量u也越大，消耗的能量也越多，而且u受饱和限制。
运用PD控制在实际转台系统中时，有较大的稳态输出误差，并且输出波动较大。分析原因如下：
① 由于功率放大器有较大的死区，而且转台的机械系统存在有静摩 擦力，使实际的被控系统有较大死区。所以控制器如果没有积分环节，稳态输出有较大的静差；
②实际的被控系统总是会受到许多干扰，包括各种不确定的系统噪声和量测噪声。过大的KD会放大噪声，使系统的输出波动较大。
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