计算机控制第四章课后题.ppt

1.数字控制器的模拟化设计步骤是什么？ v模拟化设计步骤： v（1）设计假想的模拟控制器D(S) v（2）正确地选择采样周期T v（3）将D(S)离散化为D(Z) v（4）求出与D(S)对应的差分方程 v（5）根据差分方程编制相应程序。 v2.某连续控制器设计为 v试用双线形变换法、前向差分法、后向差分 法分别求取数字控制器D(Z)。 双线形变换法： v把 代入，则 前向差分法： v把 代入，则 后向差分法： v把 代入，则 递推控制算法 3.在PID调节器中系数 、 、 各有什么 作用？它们对调节品质有什么影响？ v系数 为比例系数，提高系数 可以减小偏差，但永远不会使偏差 减小到零，而且无止境地提高系数 最终将导致系统不稳定。比例调节 可以保证系统的快速性。 v系数 为积分常数， 越大积分作用越弱，积分调节器的突出优点 是，只要被调量存在偏差，其输出的调节作用便随时间不断加强，直到 偏差为零。在被调量的偏差消除后，由于积分规律的特点，输出将停留 在新的位置而不回复原位，因而能保持静差为零。但单纯的积分也有弱 点，其动作过于迟缓，因而在改善静态品质的同时，往往使调节的动态 品质变坏，过渡过程时间加长。积分调节可以消除静差，提高控制精度 。 v系数 为微分常数， 越大微分作用越强。微分调节主要用来加快系 统的相应速度，减小超调，克服振荡，消除系统惯性的影响。 .4.什么是数字PID位置型控制算法和增量型控 制算法？试比较它们的优缺点。 v为了实现微机控制生产过程变量，必须将模拟PID 算式离散化，变为数字PID算式，为此，在采样周 期T远小于信号变化周期时，作如下近似(T足够小 时，如下逼近相当准确，被控过程与连续系统十分 接近)： v于是有： vu(k)是全量值输出，每次的输出值都与执行机构的位置(如控 制阀门的开度)一一对应，所以称之为位置型PID算法。 v在这种位置型控制算法中，由于算式中存在累加项，因此输 出的控制量u(k)不仅与本次偏差有关，还与过去历次采样偏 差有关，使得u(k)产生大幅度变化，这样会引起系统冲击， 甚至造成事故。所以实际中当执行机构需要的不是控制量的 绝对值，而是其增量时，可以采用增量型PID算法。当控制 系统中的执行器为步进电机、电动调节阀、多圈电位器等具 有保持历史位置的功能的这类装置时，一般均采用增量型 PID控制算法。 增量型PID控制算法。 与位置算法相比，增量型PID算法有如下优点： (1)位置型算式每次输出与整个过去状态有关，计算式中 要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累积计算误 差；而在增量型算式中由于消去了积分项，从而可消除 调节器的积分饱和，在精度不足时，计算误差对控制量 的影响较小，容易取得较好的控制效果。 (2)为实现手动自动无扰切换，在切换瞬时，计算机 的输出值应设置为原始阀门开度u0，若采用增量型算法 ，其输出对应于阀门位置的变化部分，即算式中不出现 u0项，所以易于实现从手动到自动的无扰动切换。 (3)采用增量型算法时所用的执行器本身都具有寄存作用 ，所以即使计算机发生故障，执行器仍能保持在原位， 不会对生产造成恶劣影响。 5.已知模拟调节器的传递函数为 v试写出相应数字控制器的位置型和增量型控 制算式，设采样周期T=0.2s。 解: 把T=0.2S代入得 v位置型 v增量型 6.有哪几种改进的数字PID控制器？ v有四种： v（1）积分分离PID控制算法 v（2）不完全微分PID控制算法 v（3）带死区的PID控制算法 v（4）消除积分不灵敏区的PID控制 9.数字控制器直接（离散化）设计步骤是什么？ v由广义对象的脉冲传递函数可得闭环脉冲传递函数 ，可求得控制器的脉冲传递函数D(z)。 v数字控制器的直接设计步骤如下： v(1)根据控制系统的性质指标要求和其它约束条件， 确定所需的闭环脉冲传递函数(z)。 v(2)求广义对象的脉冲传递函数G(z)。 v(3)求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)。 v(4)根据D(z)求取控制算法的递推计算公式。 10.已知被控对象的传递函数为 采样周期T=0.1s，采用零阶保持器。要求 （1）针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的 D(z )，并计算输出响应y(k )、控制信号u(k ) 和误差e(k )序列，画出它们对时间变化的波形。 （2）针对单位阶跃输入信号设计最少拍有纹波系统的 D(z )，并计算输出响应y(k )、控制信号u(k ) 和误差e(k )序列，画出它们对时间变化的波形。 解：广义脉冲传递函数为 q = 1 （单位阶跃输入） 10.已知被控对象的传递函数为 采样周期T=1s，采用零阶保持器。要求 （1）针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的 D(z )，并计算输出响应y(k )、控制信号u(k ) 和误差e(k )序列，画出它们对时间变化的波形。 （2）针对单位阶跃输入信号设计最少拍有纹波系统的 D(z )，并计算输出响应y(k )、控制信号u(k ) 和误差e(k )序列，画出它们对时间变化的波形。 (1) 对于单位速度输入信号 d=0, q=2, v=1, j=1 , w=1 m=w+d=1, n=v-j+q=2 V-j w 因为: 所以: 比较等式两边系数得 ： f11=0.11 f21=1.89 f22=-0.99 故有： E(kT) t 1 1T 2T (2)单位阶跃输入信号 R(z)= d=0, q=1, u=0, v=1, j=1, m=u+d=0, n=v-j+q=1 V-j 1 =1-z-1 u =f21z-1 (2)单位阶跃输入信号 R(z)= 故： 10.被控对象的传递函数为 v采样周期T=1s，采用零阶保