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1傳統(tǒng)PID算法在船載衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

數(shù)字式PID算法有兩種類型，分別為增量型PID算法和位置型PID算法。在本系統(tǒng)中采用的是位置型PID算法。入口參數(shù)為角度誤差量，即系統(tǒng)運(yùn)行時理論角度值與碼盤反饋的角度差值送給e(k)。傳統(tǒng)PID算法雖然原理比較簡單，控制較為靈活，但在實(shí)際的應(yīng)用中還是存在一些問題的。如在系統(tǒng)啟動時，短時間內(nèi)有很大的偏差，會引起積分飽和，造成較大的超調(diào)；而微分環(huán)節(jié)的引入會使系統(tǒng)對于干擾變得特別敏感，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。下面針對這些問題提出幾種改進(jìn)方法。

2PID算法中積分項(xiàng)的改進(jìn)

在PID函數(shù)實(shí)際應(yīng)用過程中，為了克服積分飽和現(xiàn)象，通常可以采用積分分離、積分限幅和不完全積分的克服方法。積分分離的實(shí)現(xiàn)方法是在偏差值不大時對積分項(xiàng)累加，而在偏差值較大時不對該值累加，這樣可以防止偏差大時過大的PID輸出控制量，避免了積分飽和現(xiàn)象[6]。積分限幅的基本方法是當(dāng)積分項(xiàng)累計(jì)到某個較大的值時，不再繼續(xù)對積分值進(jìn)行累加，保持該積分值不變，下一次的積分值取上一次的積分值，直至出現(xiàn)符號相反的入口值時才繼續(xù)對積分項(xiàng)進(jìn)行累加[7]。由此可見，采用不完全積分方法后，積分環(huán)節(jié)的輸出量在第一個周期會迅速的增大，但此后其增長速度不斷減慢，最后會趨向一個有限值，然而完全積分是趨向無窮大的。因此完全積分容易出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象，從而導(dǎo)致其特性變差[8]。

3PID算法中微分項(xiàng)的改進(jìn)

微分項(xiàng)的引入會導(dǎo)致系統(tǒng)對干擾擾動特別敏感。原因在于當(dāng)e(k)為階躍函數(shù)時，微分項(xiàng)的輸出僅在一開始起作用，對于時間控制比較長的情況，它的超前控制作用會變得很小[9]。在此提出的改進(jìn)方法就是采用不完全微分的方法。由此可見，采用不完全微分方法之后，微分環(huán)節(jié)的輸出量在第一個采樣周期內(nèi)的脈沖高度會降低，然后按(0)dkau的規(guī)律逐漸衰減。因此不完全微分能有效克服傳統(tǒng)PID算法對擾動敏感的不足，從而具有較為理想的控制特性[10]。綜上所述，具有不完全微分、不完全積分的PID控制器如圖4所示。

4結(jié)論

將不完全積分、不完全微分的PID算法應(yīng)用到實(shí)際的船載衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時分別測量出具體數(shù)據(jù)。以實(shí)測出的數(shù)據(jù)做為輸入量，將控制量u(k)和誤差e(k)用Origin軟件進(jìn)行繪圖，得到下面的圖形[11]。從圖5和圖6可以看出，運(yùn)用PID算法控制的電機(jī)在經(jīng)過一開始短暫的閉環(huán)控制后，控制量保持平穩(wěn)，誤差幾乎為0，達(dá)到了我們的要求[12]。

5結(jié)束語

本文探討了PID算法在船載衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，并提出了積分限幅、積分分離、不完全積分和不完全微分的改進(jìn)方法，避免了系統(tǒng)啟動時因不穩(wěn)定而引起的積分飽和問題，具有較大的抗干擾性，從而使電機(jī)更加穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。[13]通過編制計(jì)算機(jī)程序，將實(shí)測數(shù)據(jù)作為程序輸入量，并用Origin軟件進(jìn)行繪圖，最后進(jìn)行相關(guān)的分析、討論。結(jié)果表明該算法運(yùn)行穩(wěn)定，效果明顯[14]。

作者：萬冰 單位：南京郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院