一種PID控制仿真的實現

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

關鍵詞：PID控制；計算機仿真；改進型離散階躍信號

中圖分類號：TP15文獻標識碼：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部機理的情況下，也可實現“穩、準、快”的控制目的，且易于改進，以及具有自動調節、抗干擾、等諸多優勢，使得PID控制在工業現場獲得了廣泛的應用。仿真是將所設計的控制系統應用于實際生產過程前，進行驗證的一種有效手段。在PID控制系統仿真的實現過程中，需要對時域信號進行離散化。由于階躍信號的特殊性，傳統的離散化方法不能滿足要求，階躍信號在突變時，導數應為無窮大。為此，本文基于“能量補償”思想，提出了一種改進的離散化階躍信號的建立方法，并應用于PID控制系統中。仿真結果表明，該改進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、微分環節，這三個環節通過并聯方式組成PID控制器；PID控制器的輸出為u（t），u（t）輸入到執行器，執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，與設定值進行減法比較，所得結果即為偏差e（t）；偏差e（t）是被控值與設定值的“差”，如何處理偏差？于是出現了PID運算，PID控制器不斷對偏差e（t）進行PID運算，不斷地矯正輸出u（t），使“被控制”和“設定值”趨于相等（如果系統穩定的話）。如果系統處在穩態，事實上是處在動態平衡狀態，當出現干擾、設定值改變等情況，造成偏差e（t）的絕對值過大，則在減法比較器、PID控制器環節的共同作用下，可使偏差具有向零靠近的趨勢。負反饋控制也稱偏差控制。