数字式PID控制算法的特点简介

与模拟PID控制算法相比较，数字控制算法具有下列特点：

1）P、I、D三种控制作用是独立的，没有控制器参数之间的关联。

2）由于不受硬件电路的制约，数字式控制器的参数可在更大范围内设置。

3）数字控制器采用采样控制，引入采样周期，即引入一个纯时滞为T_s/2的滞后环节，使控制系统品质变差。

4）由于数字控制系统引入滞后T_s/2，因此，数字控制器的控制效果不如模拟控制器，用控制度表示模拟控制与数字控制品质的差异程度。控制度定义为

式中 DDC——直接数字控制；

ANA——模拟连续控制；

min（ISE）——最小平方误差积分指标。

(www.xing528.com)

图3-24 数字式PID增量式控制算法程序框图

控制度越大，表示数字控制系统的控制品质越差。系统的控制度与采样周期T_s有关。此外，控制度还与被控对象的时间常数、时滞有关。

5）采样周期大小的选择影响数字控制系统的控制品质。

在数字式PID控制算法的使用过程中，必须考虑采样周期T_s对系统的影响。香农采样定理从理论上给出了采样周期的上限，即T_s＜π/ω_max，其中ω_max是连续信号的最大频谱。从控制性能考虑，采样周期应尽可能短，这样不仅控制效果好，而且可采用模拟PID控制参数的整定方法。但采样周期越短，对计算机的运行速度和存储容量要求越高。从执行机构的特性要求来看，由于过程控制系统常采用气动或电动调节阀，其响应速度较低，如果采样周期过短，执行机构来不及响应，则无法达到控制目的，所以采样周期也不能过短。

另外，采样周期的选择还应考虑被控对象的特性，即时间常数T和纯滞后时间τ。当纯滞后时间τ＝0或τ＜0.5T时，可选T_s＝0.1T～0.2T；当τ＞0.5T时，可选T_s≈τ。

有时也可根据被控对象的类型选择采样周期T_s，见表3-1。

实际中采样周期的最终选定除了进行上述考虑外，还要通过现场试验确定最合适的采样周期。

表3-1 根据被控对象类型选择采样周期