计算机控制技术第四五章.ppt

第四章数字控制器设计本章要点 1. 连续化设计思想 2. PID 控制算法重点:最少拍控制算法本章主要内容?引言? 数字控制器的连续化设计步骤? 模拟调节器的离散化方法? PID 算法的数字实现? 改进的 PID 算法? PID 控制器的参数整定? 史密斯预估器引言自动化控制系统的核心是控制器。控制器的任务是按照一定的控制规律,产生满足工艺要求的控制信号,以输出驱动执行器,达到自动控制的目的。在传统的模拟控制系统中,控制器的控制规律或控制作用是由仪表或电子装置的硬件电路完成的, 而在计算机控制系统中,除了计算机装置以外,更主要的体现在软件算法上,即数字控制器的设计上。 数字控制器的连续化设计步骤?基本设计思想?设计假想连续控制器?离散化连续控制器?离散算法的计算机实现与校验连续化设计的基本思想 r(t) y(t) T D (z) e(t) e(k) T u(k)H 0(s) u(t)G(s)把整个控制系统看成是模拟系统, 利用模拟系统的理论和方法进行分析和设计,得到模拟控制器后再通过某种近似,将模拟控制器离散化为数字控制器,并由计算机来实现。 D(s) 设计假想连续控制器? 1. 原则上可采用连续控制系统中各种设计方法?工程上常采用已知结构的 PID 控制算法? 2. 零阶保持器的处理方法?(1)采样周期足够小时,可忽略保持器, ?(2) W 变换设计法:利用下面公式离散化后再进行 W 变换,按G(w) 进行连续化设计 1 ( ) ( ) (1 ) G s G z z s ?? ?? ?? ?? ? Z 1 / 2 1 / 2 ( ) ( ) TzT G G z ???????连续控制器的离散化离散化方法: ? 3. 零极点匹配法: ? 1. 双线性变换法: 11 2 1 1 ( ) ( ) zsTz D z D s ??????? 2. 向后差分法: 11 ( ) ( ) zsT D z D s ???? 1 2 1 2 ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) s m n K s z s z s z D s s p s p s p ? ???? ???? 1 2 1 2 ( 1) ( )( ) ( )( 1) ( ) ( )( ) ( ) mn z T z T z T n m z p T p T p T K z e z e z e z D z z e z e z e ?? ?? ??? ?? ? ???? ? ???离散算法的计算机实现 1 0 1 11 ( ) ( ) ( ) 1 mmnn U z b b z b z D z E z a z a z ? ?? ?? ??? ?? ???? 1 2 1 2 1 0 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) nnmm U z a z a z a z U z b b z b z E z ? ? ?? ?? ? ???? ????? 1 2 ( ) ( 1) ( 2) ( ) n u k a u k a u k a u k n ?? ??????? 0 1 ( ) ( 1) ( ) m b e k b e k b e k m ? ??????设计性能校验:常采用数字仿真方法验证 数字 PID 控制算法? PID 控制算法的优越性: ,易于掌握; 、I、D三个参数的优化配置, 兼顾了动态过程的现在、过去与将来的信息,使动态过程快速、平稳和准确; ,鲁棒性强; 动画链接理想 PID 控制算法 p d 0i 1 d ( ) ( ) ( ) ( ) d t e t u t K e t e t dt T T t ?