各种改进型PID控制总结

 随着数字控制技术的发展，我们在控制器的设计上有了更大的灵活性，一些原来在模拟PID控制器中无法实现的问题，现在我们很容易就能在数字计算机上实现了，于是产生来了一系列改进的控制算法，形成非标准的控制算法，改善系统品质，满足不同控制系统的需要。

1．积分分离PID控制算法

PID控制中引入积分环节，主要是为了消除静差，提高控制精度。但在启动、结束或大幅度增减指令时，短时间内系统有很大输出，由于积分积累的作用，致使控制量超过执行机构可能运行的最大动作范围对应的极限控制量，引起系统较大的超调，甚至引起系统较大的振荡，这在生产中是绝对不允许的。积分分离的基本思想是：当偏差较大时取消积分作用，当被控量接近给定值时，引入积分控制，以减小静差。

积分分离PID的控制形式为：

2．遇限削弱积分法

这一方法是考虑了在实际过程中，控制变量U因受到执行元件机械和物理性能的约束而控制在有限范围内，即

              Umin≤U≤Umax 

该方法的思想是：一旦控制变量进入饱和区，将只执行削弱积分项的运算而停止进行增大积分项的运算。也就是说，在计算U（k）时，将判断上一时刻的控制量U（k）是否已超出限制范围，如果已超出，那么将根据偏差的符号，判断系统输出是否在超调区域，由此决定是否将相应偏差计入积分项。其计算流程图如图1所示。

 

3．不完全微分PID控制

当信号突变时，PID控制的微分项输出的控制量可能比较大，尤其是阶跃信号时，微分项急剧增加，容易引起调节过程的振荡，导致系统的动态品质下降。

不完全微分PID控制算法就是采用一个带惯性的微分环节来克服常规PID控制的这一缺点。它的控制结构如图2所示。

 

4．微分先行PID控制

微分先行PID控制是只对输出量进行微分，而对给定指令不起微分作用，因此它适合于给定指令频繁升降的场合，可以避免指令的改变导致超调过大。

它的控制结构如图3所示。

5．带死区的PID控制

在控制精度要求不高、控制过程要求平稳的场合，为了避免控制动作过于频繁，消除由此引起的振荡，可以人为的设置一个不灵敏区B，即带死区的PID控制。只有不在死区范围内时，才按PID算式计算控制量。其结构如图4所示。

 

 以上是一些常用的较为简单的改进PID控制，当然，随着控制理论的发展，目前各种新的改进型PID控制不断出现，包括与智能控制相结合而形成的模糊PID，神经网络PID等等，但是从实用性来看，上述方法在很长的一段时间内都将是工程设计人员的首选。

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