x3数字控制器的设计ppt课件.ppt

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1、《过程控制》ProcessControl计算机控制技术第11章数字控制器的设计1本章要求基本要求：熟练掌握数字PID控制算法及改进算法；理解数字PID控制器的工程实现及参数整定方法；了解数字控制器的直接设计方法。重点：数字PID控制算法及改进算法2本章提要数字控制器是计算机控制系统的核心组成部分，是在被控对象数学模型或操作人员的先验知识基础上进行设计，并用计算机软件实现的某种控制算法。数字控制器的设计方法可以分为：模拟设计方法和离散化设计方法。本章主要介绍数字PID控制算法及其改进、数字PID的工程实现和参数整定以及数字控制器的直接设计方法。3第11章直接数字控制系统11.1直

2、接数字控制系统概述11.2过程输入输出通道11.3数字滤波与数据处理11.4数字PID控制技术11.4数字控制系统的设计与实现11.6数字控制器的直接设计方法4第11章直接数字控制系统工程上的被控对象大都是连续的，所组成的计算机控制系统为混合系统或称离散系统。数字控制器的设计方法分为模拟化设计方法和离散化设计方法。模拟化设计方法：（采样频率足够高）用连续系统理论确定控制器D(s)；用合适的离散化方法由D(s)求出D(z)；检查系统性能是否符合要求；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；用混合仿真的方法进行检验。5第11章直接数字控制系统离散化设计方法：首

3、先将保持器和被控对象所组成的连续部分用合适的方法离散化。从而使整个系统完全变成离散系统，然后用离散控制系统的设计方法来确定数字控制器，最后用计算机实现。611.1直接数字控制技术概述PID控制算法是计算机控制的一个广泛应用的基本算法。第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述数字控制器D(z)的设计要分两步走：先设计一个模拟控制器D(s)，然后采用某种离散化方法应用于模拟控制器，获得对应的数字控制器D(z)。这种方案称为连续化设计法，也称为间接设计法。7数字控制器D(z)可直接用z传递函数来设计，也就是在z域中直接按离散控制理论设计数字控制器。这种方案称为离散化设计法

4、，也称为直接设计法。第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述8模拟控制器的离散化，就是利用某种离散化方法，由D(s)求出相应的D(z)，并使D(z)的动态特性近似于D(s)的动态特性。下面介绍工程上实用的近似离散化方法。1．后向差分变换法后向差分变换法的主要特点如下：1)使用方便，不要对D(s)进行因式分解。2)D(s)稳定，D(z)也稳定。3)D(z)不能保持和D(s)相同的频率响应。模拟控制器的离散化离散化公式第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述92．双线性变换法双线性变换法的主要特点如下：1)应用方便，可用计算机计算D(z)的系数2)离散化精度

5、高于差分变换法。3)D(s)稳定，D(z)也稳定。4)D(z)不能保持和D(s)相同的频率响应。离散化公式模拟控制器的离散化第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述1011.1.1理想微分PID控制模拟PID控制的理想算式传递函数方框图第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述1111.1.1理想微分PID控制利用后向差分法可求出其对应的脉冲传递函数D(z)采用不同的离散化方法，可以得到形式相异的Z传递函数。第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述123.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法也可直接以矩形面积求

6、和代替积分项，在时域将上式转变成便于计算机实现的差分方程，得位置型算法，计算费时且占用内存较多，计算机故障会使执行机构大幅度变化，对安全生产不利，算法需改进。133.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法利用增量的概念对位置型算式作些改进，即可得位置型PID控制算式的递推算法。增量型算法143.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法增量型算法的优点计算机只输出增量，误动作时影响小，必要时可增设逻辑保护；手动/自动切换时冲击小；算式不需累加，只需记住4个历史数据，占用内存少，计算方便。为了编程方便，可将输出增量改写为

7、其中153.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法PID控制算法流程图增量公式163.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法理想微分PID控制的实际效果并不理想，从阶跃响应看，它的微分作用只能维持一个采样周期。由于工业用执行机构的动作速度限制，致使偏差大时，微分作用不能充分发挥，且理想微分容易引进高频干扰，因此，在实际应用中，通常采用含有实际微分的PID控制算式。173.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字P