常规及复杂控制技术ppt课件.ppt

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1、计算机控制技术ComputerControlledSystem常规及复杂控制技术4.1数字控制器的连续化设计技术4.2数字控制器的离散化设计技术4.3纯滞后控制技术4.4串级控制技术4.5前馈－反馈控制技术4.6解耦控制技术4.7模糊控制技术数字控制器的设计方法按设计特点分为三大类：1、模拟化设计方法先设计校正装置的传递函数D(s)，然后采用某种离散化方法，将它变成计算机算法。2、离散化设计方法已知被控对象的传递函数或特性G(Z)，根据所要求的性能指标，设计数字控制器D(z)。3、状态空间设计法基于现代控制理论，利用离散状态空间表达式，根据性能指标要求，设计数字控制器。能处

2、理多输入-多输出系统。4.1数字控制器的连续化设计技术返回4.1.1数字控制器的连续化设计步骤4.1.2数字PID控制器的设计4.1.3数字PID控制器的改进4.1.4数字PID控制器的参数整定4.1.1数字控制器的连续化设计步骤工程上多数情况下被控对象是连续的。这样组成的计算机系统人们称之为“混合系统”，习惯上也常称为“离散系统”。如图4.1所示。被控对象：其输入输出均为模拟量，是系统的连续部分。数字控制器:可以是计算机，工业控制机或数字控制器等。连续化设计方法的假设是认为采样频率足够高（相对于系统的工作频率），以至于采样保持所引进的附加误差可以忽略，则系统可以用连续系统

3、来代替。D(Z)－数字调节器Gp(S)－被控对象（过程）传递函数图4.1计算机控制系统典型结构图一、模拟化设计的过程1、数字系统模拟化问题：根据给定的系统性能指标和已知的对象G(s)来设计出模拟控制器D(s),再离散化为数字控制器D(z)。（1）等效的模拟化结构图如图4.2所示。图4.2数字系统模拟化结构图D(z)－计算机调节模型；H(s)－零阶保持器，G(s)－被控的连续对象；D(s)－等效的模拟调节器。（2）模拟化的目的把混合计算机控制系统转化为等效的模拟控制系统，以便按照模拟系统的设计方法，设计调节器D(s）。（3）模拟化的条件用数字控制器近似连续控制器，采样周期足够

4、短。零阶保持器：结论：可用半个采样周期的时间滞后环节近似。⑷连续化设计的关键：模拟控制器的离散化2、模拟化设计过程第一步：用连续系统的理论确定控制器D(s)；第二步：选择采样周期T：为连续系统剪切频率第三步：用合适的离散化方法由D(s)求出D(z)；第四步：将D(z)变为差分方程或状态空间表达式形式，并编制计算机程序;第五步：检查系统性能是否符合设计要求；用混合仿真的方法检查系统的设计与程序编制是否正确。若不符合要求则需改进设计，从以下几方面：①重选合适的离散化设计方法；②提高采样频率；③修正D(s)的设计；④利用计算机运算速度快，逻辑判断能力强的优势，对控制算法作改进。3

5、、分析不是按真实情况(即采样系统)来设计的，而是按模拟系统设计的。因此称为间接方法。缺点：当T较大时，系统实际达到的性能往往比预期的设计指标差。因此对T有严格的限制。当对象是慢过程时，可得到满意的结果。二、模拟调节器离散化的方法（离散化前后的频谱特性尽量接近）双线性变换法；前向差分法；后向差分法；阶跃响应不变法；脉冲响应不变法；零极点匹配映射法等。1、双线性变换法梯形积分法或Tustin变换法，是基于梯形积分规则的数值积分法。推导1：级数展开z=esT,T很小。推导2：梯形法数值积分积分控制器用梯形法求积分运算两边求z变换双线性变换的特点：(1)应用方便。可用计算机算出D(

6、z)的系数。(2)双线性变换不会引起高频混迭现象。(3)如果D(s)稳定，则D(z)亦稳定。（S平面的左半平面映射为Z平面的单位圆内部）(4)它不能保持D(s)的脉冲响应和频率响应，高频段有较严重的畸变。但低频特性保存完好。当T较小时，具有较好的近似程度。除在计算机控制系统设计中有广泛应用外，还可用于快速数字仿真及数字滤波器设计等。2、前向差分法推导1：级数展开z=esT,T很小。推导2：用一阶前向差分近似代替微分。微分控制器用前向差分近似代替令n=k+1，并对两边作z变换有：得出：表明左半S平面可能映射到Z平面的单位圆外，由此获得的离散控制器可能不稳定。在实际中不能采用。

7、推导2：用一阶向后差分近似代替微分。用向后差分近似代替推导1：级数展开z=esT,T很小。得到3、后向差分法对两边作z变换有：其中：以（0.5,0）为圆心，0.5为半径的圆，为稳定域。后向差分法不改变控制器的稳定性，但离散控制器的动态响应和频率响应特性与连续控制器的特性有较大畸变。应采用较小的T。4、各种离散化方法的比较根据A.本茨和M.普里斯勒的研究可知最好的离散化方法是双线性变换法。5、另一种常用的方法介绍写出与D(S)相应的微分方程；微分方程差分处理，得相应的差分方程（控制算法）。适用于常规的反馈控制系统，例