数字控制器的连续化设计方法PPT学习教案

会计学1数字控制器的连续化设计方法数字控制器的连续化设计方法第1页/共78页第2页/共78页第3页/共78页第4页/共78页第5页/共78页第6页/共78页第7页/共78页前向差分法还可通过数值微分计算得到：第8页/共78页第9页/共78页第10页/共78页二、零阶保持器法零阶保持器法的基本思想是：离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列，必须与模拟调节器的阶跃响应的采样值相等，因此又称为阶跃响应不变法。这种方法就是在模拟调节器前面，串联一个零阶保持器，最后进行Z变换，得到数字控制器的脉冲传递函数。第11页/共78页第12页/共78页第13页/共78页第14页/共78页第15页/共78页第16页/共78页第17页/共78页第18页/共78页第19页/共78页第20页/共78页太大，会使系统的动态品质变差，引起被控量振荡，甚至导致闭环系统不稳定第21页/共78页积分控制规律为：只要偏差不为零，积分环节就会累积偏差，影响控制量u，并减小偏差。直到偏差为零，控制作用不在变化，系统才能达到稳态。因此积分作用能够消除稳态误差。但是积分作用的动作比较缓慢，而且在偏差刚出现时，调节作用很弱，不能及时克服扰动的影响，使动态偏差增大，调节过程延长，因此很少单独使用。把比例环节和积分环节结合起来，就构成比例积分调节器，其调节规律为：第22页/共78页统的调节速度，改善了控制过程的动态品质。第23页/共78页因此微分环节不能消除稳态误差。第24页/共78页差。为此，需要加入积分环节，构成比例积分微分（PID）调节器。第25页/共78页第26页/共78页第27页/共78页第28页/共78页第29页/共78页第30页/共78页第31页/共78页第32页/共78页第33页/共78页第34页/共78页第35页/共78页第36页/共78页这种由于计算机取整而产生的积分项输出误差称为积分整量化误差，计算机字长的限制是产生整量化误差的原因。第37页/共78页积分项进行运算，小数部分作为下次累加的基数值。这种改进的PID控制算法称为防止积分整量化误差的PID控制算法。第38页/共78页第39页/共78页第40页/共78页第41页/共78页kiDIpkekekiekkekku0) 1()()()()(第42页/共78页第43页/共78页kiDIpkekekiekkekku0) 1()()()()(0)/()(1ABkeB时时时BkeBkeAAke)()()(第44页/共78页第45页/共78页第46页/共78页)11()()()(sTsTksEsUsDDIp)111 ()()()(sTsTsTksEsUsDfDIp第47页/共78页(a ) 完全微分完全微分0 1 2 3 4 5 6NTu(k)积分比例(b ) 不完全微分不完全微分0 1 2 3 4 5 6NTu(k)积分比例图4.17 单位阶跃作用下PID控制的输出特性第48页/共78页r(t) + - y(t)u(t)e(t)图4.18 被控量微分先行)11 (sTkIpsTsTDD11第49页/共78页y(t)r(t) + -u(t)e(t)图4.19 偏差微分先行)11 (sTkIpsTsTDD11第50页/共78页偏差微分先行的不同之处在于，对偏差进行微分控制后，才进行PI调节。这种算法适用于串级控制的副回路，因为给定值由主回路提供，所以对被控量和给定值都应进行微分处理。 第51页/共78页一 阶 滞 后滤波PID控制器受控对象r +-yeecu图4.20 前置滤波的PID控制器的系统框图第52页/共78页死区环节PID控制器eecu图4.21 带死区的PID控制器结构0)()(kekecBkeBke)()(当当 第53页/共78页第54页/共78页第55页/共78页max2sTmax2s第56页/共78页第57页/共78页小一点；反之可以选择大点的采样周期第58页/共78页第59页/共78页n控制精度越高，采样周期越小，以减小系统的纯滞后。第60页/共78页tyTg(a) 单容过程 T0.1 TgtyTe(b) 振荡过程 T0.1 Tety(c) 滞后过程 T0.25图4.24 不同过程采样周期的经验选择范围 第61页/共78页第62页/共78页第63页/共78页2020min( )min( )De t dte t dtA实际应用中并不需要计算出两个误差的平方积分，实际应用中并不需要计算出两个误差的平方积分，控制度仅表示控制效果的物理概念。例如，当控制控制度仅表示控制效果的物理概念。例如，当控制度为时，就是指度为时，就是指DDC控制与模拟控制效果基本相同控制与模拟控制效果基本相同；控制度为时，是指；控制度为时，是指DDC控制比模拟控制效果差。控制比模拟控制效果差。第64页/共78页第65页/共78页第66页/共78页Tpty0 广义对象的阶跃飞升特性曲线广义对象的阶跃飞升特性曲线第67页/共78页) 2() 1()()(210keakeakeakuTTTTkaDIp10TTkaDp211TTkaDp2第68页/共78页第69页/共78页第70页/共78页D(s)Gp(s)r(t) + -+-+-u(t)y(t)图4.26 带Smith预估器的控制系统spesG)(seSmith预估器 第71页/共78页)1)()(1)()(spesGsDsDsDsppspspesGsDsGsDesGsDesGsDs)()(1)()()()(1)()()(第72页/共78页第73页/共78页图4.27 带Smith预估器的PID数字控制系统e(t)r(t) + -+-u(k)y(t)P IDe (k)ec(k)c(k)第74页/共78页)()1)()(suesGscsp)()()(Tkmkmkc)()()(Nkmkmkc第75页/共78页n数字PID控制器的输入信号为：spsesGesTksG)(1)(111)()() 1()(TTNkukukTkcTkc(k) c-(k) e (k)ec第76页/共78页第77页/共78页