基于 DSP 的电子负载----电子负载控制器的设计

（2）积分分离PID控制算法

积分环节的应用是为了消除静差，提高控制精度。但是过程的启动、结束或大幅度的增减设定时，短时间内系统输出有很大的偏差，会造成PID运算的积分积累，致使控制量超过电子负载执行机构可能允许的动作范围最大值，有可能引起系统较大的超调，甚至引起系统较大的振荡，在调试过程是不允许的。

积分分离的思路是，当被控量与设定值偏差较大时，取消积分作用；当被控量接近给定值时，引入积分控制。首先根据所设计电子负载实际情况，认为设定个阈值，恒流模式下，设定阈值ε=0.4（低档位）/3（高档位）；恒压模式下，设定阈值ε=4（低档位）/15（高档位）。其次，当|error （ k ）|＞ε时，采用PD控制，可避免产生过大的超调量，又可使系统有较快的响应。|当error （ k ）|≤ε，采用PI控制，以保证系统的控制精度。

积分分离控制算法可表示为：

式子4.6中，T为电子负载控制环时间，β为积分项的开关系数

采用积分分离PID处理的电子负载，在阶跃响应，方波和正弦跟踪仿真如图4.5所示。由由仿真结果可知，采用积分分离法，在阶跃响应大幅增减时，取消积分作用，消除了对偏差的积累，减少了不必要的振荡，系统的稳定性有了很大的提高。

（3）变积分PID控制算法

在普通的PID控制算法中，由于积分系数是常数，所以在整个控制过程中，积分增量不变。而系统对积分项的要求是，系统偏差大时积分作用应减弱甚至全无，而在偏差小时则应加强。积分系数取大了会产生超调，甚至积分饱和，取小了又迟迟不能消除静差。因此，如何根据系统偏差大小改变积分速度，对于提高系统品质是很重要。变速积分PID可较好的解决这一问题。变速积分PID的基本思路是，设法改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应：偏差越大，积分越慢；反之则越快。

积分饱和是指系统存在一个方向的偏差，PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而使执行机构达到极限位置，若控制器输出继续增大，系统的输出超过正常运行的范围而进入饱和区。进入饱和区越深则退出饱和区所需的时间愈长。此时若执行机构不能随偏差反向做出相应的改变，系统就会像失去控制一样。

是变积分PID算法同样可以防止积分饱和的方法。在电子负载系统计算输出量时。计算u（k）时，首先考虑上一时刻的输出控制量是否已经超过了限制的范围。

若超过执行机构最大值若u（k-1）＞ u_max，则只累积负偏差，若没有超出最大值，u（k-1）＜ u_max则积累正偏差，从而避免控制量长时间停留在饱和区。

采用变积分PID算法处理的电子负载，阶跃响应，方波跟踪如图4.6所示。

（4）参数的整定

概括起来有两大类：一是理论计算法，依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。建立模型不仅困难，其中的大量简化也使模型失真，脱离实际情况，即使得到模型，这种方法所得到的计算数据未必可用。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，工程应用中被广泛采用。

PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，通过闭环运行或模拟，观察系统的响应曲线，然后根据各参数对系统的影响，凑试不同的参数直至出现理想的响应曲线。