《最少拍设计改进》PPT课件.ppt

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1、第三节最少拍控制系统的改进最少拍控制是以调节时间最短为设计准则；最少拍无纹波控制是以调节时间最短和输出无纹波为设计准则。他们的共同缺点是：对输入信号适应性差；对系统参数变化特别敏感，控制效果较差。一般采用的其改进算法，如：阻尼因子法、非最少的有限拍控制等等。用换接程序来改善过渡过程最小均方误差系统设计按照均方误差最小这一最优性能指标，综合考虑不同典型输入信号作用，使系统达到“综合最佳”。换接程序最少拍系统换接程序法阻尼因子法是改进最少拍系统对输入信号的适应能力的一种方法。阻尼因子法设广义对象脉冲传递函数:系统的典型输入函数为单位速度输入。阻尼因子

2、法于是得数字控制器为:阻尼因子法非最少的有限拍控制将　　　再乘上一个z-1的有限阶多项式H(z)=h0+h1z-1+…+hnz-n，使得和的阶次均适当提高。通过适当选择hi，可以改变中各项的系数，从而降低系统对参数变化的灵敏度。为降低闭环系统对参数变化的灵敏度，试对斜坡输入设计非最少的有限拍控制系统，并验证当实际广义对象HG(z)变化后系统的输出。非最少的有限拍控制显然u=0，v=0，m=1，q=2，并且q+v=2为降低系统对参数变化的灵敏度，取设非最少的有限拍控制系统对应的闭环脉冲传递函数为，则有由之可得出:非最小的有限拍控制器为：非最少的有限

3、拍控制采用D(z)的闭环系统对单位斜坡输入的响应为:当实际广义被控对象变化时，系统闭环传递函数　　　为非最少的有限拍控制注意到这时，不再是有限阶次的z-1多项式，因此系统响应已不再是有限拍的了。系统对单位速度输入的响应为显然，尽管系统参数发生了较大变化，但系统的输出响应仍然是比较好的。另外，采用非最少的有限拍控制器，还有利于减少控制变量的幅值。非最少的有限拍控制在工业控制中，许多控制对象往往具有纯滞后的性质。所谓纯滞后就是由于调节作用点或扰动作用点和被调参数相隔一定的距离。其他原因而导致被调参数的变化落后与调节作用或扰动的发生和变化。传递函数：比

4、一般一阶惯性环节的前行通道上，多了（乘）一个纯滞后环节）第四节纯滞后补偿算法：史密斯预估器1施密斯（Smith）预估控制单回路控制系统闭环传递函数系统的特征方程为特征方程包含有纯滞后环节，使系统的稳定性下降，尤其当较大时，系统就会不稳定。图18带纯滞后环节的控制系统分析：图19带施密斯预估器的控制系统具有纯滞后补偿的模拟控制器由施密斯预估器和调节器组成的补偿回路称为纯滞后补偿器。其传递函数为补偿后的系统闭环传递函数说明：经补偿后，在闭环控制回路之外，不影响系统的稳定性，仅将控制作用在时间坐标上推移了一个时间，控制系统的过渡过程及其它性能指标都与对

5、象特性为时完全相同。图20纯滞后补偿系统输特性具有纯滞后补偿的数字控制器图21计算机纯滞后补偿控制系统第四节纯滞后补偿算法：史密斯预估器纯滞后补偿的数字控制器由两部分组成：一部分是数字PID控制器；一部分是施密斯预估器。施密斯预估器滞后环节使信号延迟，为此，在内存中专门设定N个单元作为存放信号的历史数据，存储单元的个数。图22施密斯预估器方框图每采样一次，把记入0单元，同时把0单元原来存放数据移到1单元，…，依此类推。从单元N输出的信号，就是滞后N个采样周期的信号。图中，是PID数字控制器的输出，是施密斯预估器的输出第四节纯滞后补偿算法：史密斯预

6、估器设：工业对象近似用一阶惯性环节和纯滞后环节的串联纯滞后补偿控制算法步骤①计算反馈回路的偏差②计算纯滞后补偿器的输出③计算偏差④计算控制器的输出例6已知一个一阶加纯滞后过程的传递函数单位阶跃信号输入，采样周期，采用PI控制在经过史密斯补偿后，控制器算式为：最佳整定参数的控制器算式为可见比例增益约扩大9倍，积分时间缩小为原来的，仿真结果表明控制作用有了明显加强。图23Smith与PID仿真实验结果比较第五节达林算法在控制系统设计中，纯滞后往往是影响系统动态特性的不利因素，工业过程中如热工和化工过程中往往会有这样的纯滞后环节。这种系统如果控制器设计

7、不当，常常会引起系统的超调和持续振荡。而对这类系统的控制要求，快速性往往是次要的，通常主要要求系统没有超调量或很少超调量，要求系统闭环稳定，而调整时间允许在较多的采样周期内结束。对这样的系统，若采用PID算法，效果往往不好。这时可采用达林算法。连续时间的被控对象Gp(s)是带有纯滞后的一阶或二阶惯性环节，即：或：达林算法达林算法的设计目标是要设计一个合适的数字控制器，使整个闭环系统相当于一阶惯性环节。如果被控对象有纯滞后，则闭环系统还包括同样的纯滞后环节，即：系统中采用的保持器为零阶保持器，与　相对应的整个闭环系统的脉冲传递函数为达林算法达林算法

8、所设计的控制器：D(z)即为我们所求的数字控制器，显然它随被控对象不同而不同。达林算法一阶惯性环节加纯时滞τ＝NT的被控对象，其广义对象