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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,教学模块,5,数字控制器的直接设计方法,东北大学,计算机控制系统,本教学模块内容,:,教学单元,1-,模块导学,教学单元,2-,最小拍控制器的设计方法,教学单元,3-,最小拍控制器的工程化改进,教学单元,4-,大林算法控制器的设计,教学单元,5-,大林算法工程应用中关键,参数的选择,教学单元,1,模块导学,东北大学,教学模块,5,数字控制器的直接设计方法,熟悉,1,、,z,变换与,z,反变换,2,、典型输入信号的特征,（阶跃信号，速度信号，加速度信号）,掌握,1,、离散系统脉冲传递函数的建立,2,、系统的稳定性分析,3,、系统稳态与暂态性能分析,1.1,学习本教学模块所需掌握的基础知识,模拟设计方法,模拟控制器的离散化,直接设计方法,1,、根轨迹设计方法,2,、频率响应设计方法,3,、解析设计方法,1.2,数字控制器经典设计方法分析,（离散控制器）,（离散对象）,（,1,）最小拍控制,（,2,）大林算法,工程化应用问题,学术研究能力,工程应用能力,离散化设计方法,把连续部分离散化，把整个系统变成离散化系统，直接设计数字控制器,D(z),直接数字控制设计方法,1.3,解析设计方法基本原理,计算机控制系统的基本结构：,u(k),Wd(z),D(z),+,_,r(k),e(k),y(k),u(k),直接数字化设计方法,Wh0(s)W(s),部分分式法,留数计算法,解析设计方法基本原理,闭环系统传递函数：,闭环系统误差传递函数：,（,1,）,（,2,）,解析设计方法基本原理,于是得到：,设计步骤：,确定,Wd(z),确定,WB(z),或,We(z),计算得到,D(z),编制控制算法（差分方程）,（,3,）,解析设计方法基本原理,问题：如何给定,WB(z),或,We(z)?,考虑,D(z),的物理可实现性,考虑闭环系统的稳定性（,y(k),和,u(k),收敛）,考虑满足系统的稳态指标的要求：准确性,考虑满足系统的暂态指标的要求,解析设计方法基本原理,物理可实现性：,指设计得到的数字控制器,D(z),，在物理逻辑上必须满足因果关系。,判断,D(z),在物理上能够实现的条件,:,分母多项式最高阶次,n,大于或等于分子多项式的最高阶次,m,，即,nm,。否则就会出现要求数字控制器有超前输出，这是无法实现的。,解析设计方法基本原理,物理不可实现举例,对上式进行交叉相乘，得,z,反变换，得,或,解析设计方法基本原理,稳定性：,指由计算机作为数字控制器的闭环控制系统，必须是稳定的。,计算机控制系统的稳定性包含两方面的含义：,一是整个系统的输出,Y(z),能够较好地复现控制系统的输入,R(z),，不能发散；进一步，当被控对象模型的参数发生微小变化时，,Y(z),也不能发散；,二是数字控制器的输出,U(z),不能发散，应以较少的振荡次数驱动系统的输出达到稳定状态。,解析设计方法基本原理,稳态指标：指系统的稳态误差指标，即准确性。,对于离散系统来说，要求在特定输入信号作用下，其输出序列值应该与输入序列值相等，即稳态误差为零，这就是“无差”的概念。,对于计算机控制系统来说，可能还会进一步要求系统在采样点之间也没有稳态误差。,解析设计方法基本原理,暂态指标：调节时间和超调量。,最小拍控制着重强调系统的调节时间，即系统的输出响应能够在尽量短的时间内，达到稳定状态；,大林控制算法则强调系统的超调量，即要求系统的输出响应无超调或很小的超调。,解析设计方法基本原理,教学单元一结束,
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