数字控制器的直接设计课件

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,*,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,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,数字控制器的直接设计,把计算机控制系统中的连续部分数字化，把整个系统看作离散系统，用离散化的方法设计控制器，称为直接设计法。,D(z)H,o,(s)G,c,(s),e,*,(t)u,*,(t),E(z)U(z),r(t),+_,R(z),(z),G(z),c(t),C(z),D(z)H,o,(s)G,c,(s),e,*,(t)u,*,(t),E(z)U(z),r(t),+_,R(z),(z),G(z),c(t),C(z),开环传递函数：,闭环传递函数：,误差传递函数：,数字控制器输出闭环传递函数为：,已知,(z),，可计算出,D(z),：,已知,e,(z),，可计算出,D(z),：,已知,U,(z),，可计算出,D(z),：,D(z),必须满足以下条件：,由此而得到的,D(z),是物理可实现的,D(z),也必须是稳定的。,豫章故郡，洪都新府。星分翼轸，地接衡庐。襟三江而带五湖，控蛮荆而引瓯越。物华天宝，龙光射牛斗之墟；人杰地灵，徐孺下陈蕃之榻。雄州雾列，俊采星驰。台隍枕夷夏之交，宾主尽东南之美。都督阎公之雅望，棨戟遥临；宇文新州之懿范，襜帷暂驻。十旬休假，胜友如云；千里逢迎，高朋满座。腾蛟起凤，孟学士之词宗；紫电青霜，王将军之武库。家君作宰，路出名区；童子何知，躬逢胜饯。,时维九月，序属三秋。潦水尽而寒潭清，烟光凝而暮山紫。俨骖騑于上路，访风景于崇阿；临帝子之长洲，得天人之旧馆。层峦耸翠，上出重霄；飞阁流丹，下临无地。鹤汀凫渚，穷岛屿之萦回；桂殿兰宫，即冈峦之体势。,披绣闼，俯雕甍，山原旷其盈视，川泽纡其骇瞩。闾阎扑地，钟鸣鼎食之家；舸舰迷津，青雀黄龙之舳。云销雨霁，彩彻区明。落霞与孤鹜齐飞，秋水共长天一色。渔舟唱晚，响穷彭蠡之滨；雁阵惊寒，声断衡阳之浦。,遥襟甫畅，逸兴遄飞。爽籁发而清风生，纤歌凝而白云遏。睢园绿竹，气凌彭泽之樽；邺水朱华，光照临川之笔。四美具，二难并。穷睇眄于中天，极娱游于暇日。天高地迥，觉宇宙之无穷；兴尽悲来，识盈虚之有数。望长安于日下，目吴会于云间。地势极而南溟深，天柱高而北辰远。关山难越，谁悲失路之人？萍水相逢，尽是他乡之客。怀帝阍而不见，奉宣室以何年？,嗟乎！时运不齐，命途多舛。冯唐易老，李广难封。屈贾谊于长沙，非无圣主；窜梁鸿于海曲，岂乏明时？所赖君子见机，达人知命。老当益壮，宁移白首之心？穷且益坚，不坠青云之志。酌贪泉而觉爽，处涸辙以犹欢。北海虽赊，扶摇可接；东隅已逝，桑榆非晚。孟尝高洁，空余报国之情；阮籍猖狂，岂效穷途之哭！,勃，三尺微命，一介书生。无路请缨，等终军之弱冠；有怀投笔，慕宗悫之长风。舍簪笏于百龄，奉晨昏于万里。非谢家之宝树，接孟氏之芳邻。他日趋庭，叨陪鲤对；今兹捧袂，喜托龙门。杨意不逢，抚凌云而自惜；钟期既遇，奏流水以何惭？,呜乎！胜地不常，盛筵难再；兰亭已矣，梓泽丘墟。临别赠言，幸承恩于伟饯；登高作赋，是所望于群公。敢竭鄙怀，恭疏短引；一言均赋，四韵俱成。请洒潘江，各倾陆海云尔：,滕王高阁临江渚，佩玉鸣鸾罢歌舞。,画栋朝飞南浦云，珠帘暮卷西山雨。,闲云潭影日悠悠，物换星移几度秋。,阁中帝子今何在？槛外长江空自流。,路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！,最少拍无差系统的设计,最少拍无差系统是指在典型的控制输入信号作用下能在最少几个采样周期内达到稳定无静差的系统。,典型控制输入 时间序列,z,域表达式,单位阶跃输入：,单位速度输入：,单位加速度输入：,通式：,是一个,z,-1,的有理多项式,百度文库,VIP,特权福利,特权说明,服务特权,VIP,专享文档下载特权,VIP,用户有效期内可使用,VIP,专享文档下载特权下载或阅读完成,VIP,专享文档（部分,VIP,专享文档由于上传者设置不可下载只能阅读全文），每下载,/,读完一篇,VIP,专享文档消耗一个,VIP,专享文档下载特权。,年,VIP,月,VIP,连续包月,VIP,享受,60,次,VIP,专享文档下载特权，一次发放，全年内有效。,VIP,专享文档下载特权自,VIP,生效起每月发放一次，每次发放的特权有效期为,1,个月，发放数量由您购买的,VIP,类型决定。,每月专享,9,次,VIP,专享文档下载特权，自,VIP,生效起每月发放一次，持续有效不清零。自动续费，前往我的账号,-,我的设置随时取消。,共享文档下载特权,VIP,用户有效期内可使用共享文档下载特权下载任意下载券标价的文档（不含付费文档和,VIP,专享文档），每下载一篇共享文档消耗一个共享文档下载特权。,年,VIP,月,VIP,连续包月,VIP,享受,100,次共享文档下载特权，一次发放，全年内有效,赠送的共享文档下载特权自,VIP,生效起每月发放一次，每次发放的特权有效期为,1,个月，发放数量由您购买的,VIP,类型决定。,赠送每月,15,次共享文档下载特权，自,VIP,生效起每月发放一次，持续有效不清零。自动续费，前往我的账号,-,我的设置随时取消。,累积特权,在购买的,VIP,时长期间，下载特权不清零。,100W,优质文档免费下载,VIP,有效期内的用户可以免费下载,VIP,免费文档，不消耗下载特权，非会员用户需要消耗下载券,/,积分获取。,部分付费文档八折起,VIP,用户在购买精选付费文档时可享受,8,折优惠，省上加省；参与折扣的付费文档均会在阅读页标识出折扣价格。,内容特权,0,下载券文档一键搜索,VIP,用户可在搜索时使用专有高级功能：一键搜索,0,下载券文档，下载券不够用不再有压力！,无限次复制特权,VIP,有效期内可以无限次复制文档内容，不用下载即可获取文档内容,文档格式转换,VIP,有效期内可以将,PDF,文档转换成,word,或,ppt,格式，一键转换，轻松编辑！,阅读页去广告,VIP,有效期内享有搜索结果页以及文档阅读页免广告特权，清爽阅读没有阻碍。,多端互通,VIP,有效期内可以无限制将选中的文档内容一键发送到手机，轻松实现多端同步。,其他特权,抽奖特权,开通,VIP,后可以在,VIP,福利专区不定期抽奖，千万奖池送不停！,福利特权,开通,VIP,后可在,VIP,福利专区定期领取多种福利礼券。,VIP,专享精彩活动,开通,VIP,后可以享受不定期的,VIP,优惠活动，活动多多，优惠多多。,VIP,专属身份标识,当您成为百度文库,VIP,后，您的专有身份标识将被点亮，随时随地彰显尊贵身份。,专属客服,VIP,专属客服，第一时间解决你的问题。专属客服,QQ,：,800049878,VIP,礼包,百度阅读,VIP,精品版特权,享受阅读,VIP,精品版全部权益：,1.,海量精选书免费读,2.,热门好书抢先看,3.,独家精品资源,4.VIP,专属身份标识,5.,全站去广告,6.,名人书友圈,7.,三端同步,知识影响格局，格局决定命运！,典型输入下最少拍系统的设计方法,而,通常,m=1,、,2,、,3,。,取,F(z,-1,)=1,M=m,所以：,其中,F(z,-1,),是 的有限多项式，且不含有 因子。,单位阶跃输入时：,单位速度输入时：,单位加速度输入时：,误差函数以及控制器,阶跃输入,速度和加速度输入,控制器,实例,单位阶跃输入时的动态误差级数：,T 2T 3T 4T 5T t,C,（,t,）,1,0,返回,单位速度输入时：,单位加速度输入时：,对应于不同典型输入，系统经过,T,，,2T,，,3T,，系统达到稳定。,对应不同典型输入，为得到最少拍响应，应选择合适的,e,(z),。,对应于典型输入，选定,e,(z),后，可根据,G(z),得到,D(z),。,返回,例：设计计算机单位反馈控制系统，,T=1,秒，单位速度输入时，按最少拍法设计,D(z),。,解：,纹波说明,对速度输入信号的误差传递函数和闭环传递函数,纹波说明,单位阶跃输入时：,单位加速度输入时：,nT,C(nT),12,8,4,*,最少拍系统的调节时间由闭环脉冲传递函数的形式所决定，与输入信号的形式无关。,快速性,按单位斜坡输入设计的最少拍系统，其动态过程均为两拍。,准确性,对单位阶跃和单位斜坡输入，两拍后采样时刻无稳态误差，但对单位加速度输入，采样时刻的稳态误差为,T,2,在设计的广义被控对象的脉冲传递函数,G(z),必须是稳定的,为了使系统稳定，讨论以下三个问题：,G(z),有不稳定极点,:,单位园上或园外的极点,(z,-1,=1,除外）,G(z),有位于单位园上或园外的零点,(z,-1,=1,除外）,G(z),中包含有纯延迟环节,最少拍快速有纹波系统设计时，应遵循以下原则：,D(z),是在物理上可实现的有理多项式,e,(z),应把,G(z),的不稳定极点作为自己的零点。,(z),应把,G(z),的单位园上和单位园外的零点作为,(z),的零点。,(z),应包含,G(z),中,z,-1,的因子，其方次相同。,满足,无纹波控制,速度输入信号时的控制器传递函数,误差传递函数和闭环传递函数,实例,系统误差：,去纹波设计,经过两拍以后，误差的输出已经为,0,，但控制器的输出仍然在上下波动，这时零阶保持器的输出也仍然是上下波动的矩形波。,最少拍无纹波系统的设计,最少拍无纹波设计的要求：在典型输入作用下，经过尽可能 少的采样周期以后，输出跟随输入，而且在非采样点上也没有纹波,。,纹波产生的原因,:,数字调节器的输出序列不趋向恒定，使采样点之间产生纹波。,问题归结为：,设计一个系统在典型输入作用下，,e,2,(nT),经过有限个周期以后，达到相对稳定。,要实现上述目标，就是要使,E,2,(z),成为,z,-1,的有限多项式，或者在某项以后各项的系数相同。,由：,在最少拍系统设计中，的零点完全对消 的极点。,要求：为 的有限多项式,设广义对象（包含零阶保持器）的传递函数：,去分母,P,(,z,),是,G,(,z,),的零点多项式,Q,(,z,),是,G,(,z,),的极点多项式，其极点数有限的,若选择,为一个待定的,z,-1,多项式。,无纹波最少拍系统的设计原则：,（,1,）应当包含广义对象 的全部零点。,（,2,）的选择没有变化。它需要抵消掉输入的极点以外还需要抵消 中的不稳定极点,(z=1,除外,),。,（,3,）根据 确定待定多项式,例：单位反馈计算机控制系统，系统广义对象脉冲传递函数为,T=1,秒，在单位速度输入下，设计最少拍无纹波控制器,D(z),。,解：,中应该包含,G(z),中的滞后环节和全部零点,在单位速度输入下 应该包含,(1-z,-1,),2,同时还应该包含,G(z),中的不稳定极点,满足关系,解联立方程解得：,a,0,=1.407 ,a,1,=-0.826 ,b=0.592,选择,T 2T 3T 4T 5T,t,u,0.4,0.3,0.2,0.1,0,T 2T 3T 4T 5T,t,c,5,4,3,2,1,0,纯滞后对象的控制算法,大林,(Dahlin),算法,大林算法,设：,=NT,，,N,为正整数,大林算法的设计目标：设计合适的数字控制器，使整个闭环系统的传递函数为具有时间纯滞后的一阶惯性环节，而且要求闭环系统的纯滞后时间等于对象的纯滞后时间。,大林算法的设计思路：,假设：,采用零阶保持器，且采样周期,T,。,被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节,被控对象为带有纯滞后的二阶惯性环节,4-4-2,振铃现象及其抑制,例：单位反馈计算机控制系统，已知被控对象的传递函数为,T=1s,，试用大林算法，求数字控制器的,D(z),。,解：,振铃幅度,RA,的定义：,控制器在单位阶跃输入作用下，第,0,次输出幅度减去第,1,次输出幅度所得的差值。,*,1 2 3 4,*,*,*,*,RA,U(nT),nT,大林算法的数字控制器,D(z),的基本形式可写成：,其中：,几个有代表性的例子：,*,1 2 3 4,*,*,*,*,RA,U(