第三章 数字控制器的模拟化设计

第三章：数字控制器的模拟化设计,3-1-1DDC系统的组成原理,DDC系统的特点：计算机运算速度快。可分时处理多个控制回路计算机运算能力强,数字校正装置的模拟化设计方法该方法是指利用连续控制系统设计方法已求得校正环节后，再用一些近似的方法把离散化而得到，便可以写出控制算法。近似设计方法包括冲激不变法，带零阶保持器的离散化方法，前向差分法，后向差分法，双线性变换法等。,离散化的方法:1.冲激不变法这种方法就是直接的z变换方法。其优点在于和的脉冲响应是一样的，而且如果是稳定的，则也是稳定的，但D(z)的频率响应可能与D(s)的不同。,2.零阶保持器法例已知则控制算法为,3.前向差分法（或称欧拉法）这种方法是一种近似的微分方法，取依据是：用前向差分代替微分，再把它用差分算子q表示，于是就有p=(q-1)/T。在上述变量转换中，相应于用(z-1)/T代替s。,如果直接用Z变换和S变换之间的关系，也可以近似的结论。因为则这种近似方法十分简便，但是不能保证D(z)总是稳定的，而且不能保证具有与D(s)相同的脉冲响应和频率响应。,例已知，试用前向差分近似方法离散化D(s)。解：其中可能大于1。,4.后向差分法这也是一种近似的微分方法，它取依据为：于是就得到d=(q-1)/qT，相应于用(z-1)/zT代替s。当D(s)稳定时，反向差分法能保证D(z)也是稳定的，但不能保证D(s)和D(z)具有相同的脉冲响应和频率响应。,5.双线性变换法上式称为双线性变换或塔斯廷（Tustin）近似。由上式可得故取,写成算子形式，得即用双线性变换后，D(z)和D(s)的脉冲响应和频率响应可能不一样，但稳定性是一致的。,概述数字控制器的连续化设计是忽略控制回路中所有的零阶保持器和采样器，在S域中按连续系统进行设计，然后通过某种近似将连续控制器离散化为数字控制器，并由计算机来实现。设计问题G(s)是被控对象的传递函数，H(s)是零阶保持器，D(z)是数字控制器。设计问题是：根据已知的系统性能指标和G(s)来设计出数字控制器D(z)。,数字控制器的连续化设计技术,设计由计算机实现的控制算法,设数字控制器D(z)的一般形式为,上式可改写为,上式用时域表示为,利用上式即可实现计算机编程，因此上式称为数字控制器D(z)的控制算法。,3-1-2DDC系统的PID控制算式,Kc比例增益Ti积分时间Td微分时间PPID调节器的输出信号e给定值与测量值之差,数字PID调节器的脉冲传递函数为,数字PID控制器的改进如果单纯地用数字PID控制器去模仿模拟调节器，效果是有限的。充分发挥计算机运算速度快、逻辑判断功能强、编程灵活等优势，才能达到更好的性能。,4-2DDC系统PID控制参数的选择及整定,对于响应快、波动大、容易受干扰影响的过程，应该选取较短的采样周期；反之，则长一些。过程纯滞后较明显，采样周期可与纯滞后时间大致相等。,采样周期的选择,选取采样周期时应考虑的几个因素：采样周期应远小于对象的扰动信号周期采样周期应远远小于对象时间常数考虑执行器的响应速度考虑对象所要求的调节品质考虑控制系统的性能价格比考虑计算机所承担的工作量,PID参数整定,数字PID控制算法的参数选择一般根据被控过程的特性采样周期的大小工程上其它具体要求选取一个很小的采样周期使计算机过程控制系统为纯比例控制，改变比例系数，使其出现等幅振荡，得到临界比例系数和临界周期。,计算控制度,PID程序的实现在编程的过程中，必须考虑的问题：操作特征的设置每个回路手动/自动特征位每个执行机构设置正向/反向特征位执行机构极限保护目的：