课件 第四章 常规及复杂控制技术.ppt

第四章常规及复杂控制技术计算机控制系统的设计,是指在给定系统性能指标的条件下,设计出控制器的控制规律和相应的数字控制算法。第四章常规及复杂控制技术 数字控制器的连续化(模拟化)设计技术 数字 PID 控制算法 数字控制器的直接(离散化)设计方法 纯滞后控制技术 串级控制技术 前馈-反馈控制技术 数字控制器的连续化设计技术连续化设计思想: 模拟化设计步骤 1. 设计假想的模拟控制器 D(s ) 2. 正确地选择采样周期 T 3. 将D(s )离散化为 D(z )4. 求出与 D(z )对应的差分方程 5. 根据差分方程编制相应程序校验。 数字控制器的连续化设计技术 1. 设计假想的模拟控制器 D(s ) 数字控制器的连续化设计技术将数字控制器 D(z )和零阶保持器合在一起,作为一个模拟环节看待,其等效传递函数为 D(s )。按照对数频率特性法、根轨迹法等连续系统的校正方法,可以设计校正环节 D(S) ,即为连续系统的调节器。) (s 0H2. 正确地选择采样周期 T ?从调节品质上看,希望采样周期短,以减小系统纯滞后的影响,提高控制精度。 数字控制器的连续化设计技术?满足采样定理。 max 2??? s max max in/T TT m??????从快速性和抗扰性方面考虑,希望采样周期尽量短,这样给定值的改变可以迅速地通过采样得到反映,而不致产生过大的延时。 2. 正确地选择采样周期 T 数字控制器的连续化设计技术?从计算机的工作量和回路成本考虑,采样周期 T应长些。?从计算精度方面考虑,采样周期 T不应过短,当主机字长较小时,若 T过短,将使前后两次采样值差别小,调节作用因此会减弱。?从给定值的变化频率上看,加到被控对象的给定值变化频率越高,采样频率应越高,这样给定值的改变可以迅速得到反映。 2. 正确地选择采样周期 T ?从被控对象的特性上看,若被控对象是慢速的热工或化工对象时,采样周期一般较大;若被控对象是较快速的系统,采样周期较小。?从执行机构的类型上看,执行机构动作惯性大,采样周期也大,否则执行机构来不及反映数字控制器输出值的变化。?从控制算法的类型上看,需要根据控制算法来选择采样周期。比如对 PID 控制器来说,如果 T太小,将使得积分作用不明显。 数字控制器的连续化设计技术 3. 将D(s )离散化为 D(z ) (1) 双线性变换法 1 12????z zT s(2) 前向差分法 T zs 1??(3) 后向差分法 Tz zs 1?? 数字控制器的连续化设计技术 4. 求出与 D(z )对应的差分方程要想用计算机实现数字调节器 D(z ) ,则必须求出相应的差分方程,此时有两条途径,一是由 D(s ) ,写出系统的微分方程,并进行差分处理得到相应的差分方程,如数字 PID 控制算法即由此推导出;另一途径是根据数字调节器 D(z ) ,用直接程序设计法、串联实现法等将其变为差分方程。 数字控制器的连续化设计技术