计算机控制系统最少拍计算PPT课件

数字控制器的连续设计技术需要相当短的采样周期，只能实现更简单的控制算法。直接基于离散控制理论的数字控制器设计更为常见，它根据采样系统的特性完全设计，推导出控制规律和算法。5.1计算机控制系统的直接设计阶段，本章的主要内容：5.2最小位数字控制器设计原理，5章计算机控制系统的直接设计，5.3最小位纹波数字控制器设计，5.4最小位纹波数字控制器设计，5.1计算机控制系统的直接设计阶段，计算机控制系统的连续部分离散化，将整个系统作为离散系统，以离散方式设计控制器，-，r (t)，G(z)， (z)，r (z)，t，e (t)，e根据控制系统的性能指标要求，闭环脉冲传递函数 (z)，2，计算机控制系统直接设计阶段：3。数字控制器的脉冲传递函数D(z)，d (z) g (z)= (z) 1 d (z) g (z)，D(z)g(z)1-根据d (z)计算控制算法的递归计算公式，=e(z)(B0 b1z1 b2z-2 bnz-n)，U(z)(1a1z1a2z-2a NZ-n) 设计原则：根据控制系统的性能指标的要求和其他约束，选择闭环脉冲传递函数r 1099(z)，使输入时最小采样周期后的稳态误差为零数字控制器D(z)由控制对象的脉冲传递函数和闭环脉冲传递函数确定。5.2最小位数字控制器的设计原理，一般控制输入时间序列脉冲传递函数，单位步数输入：单位速度输入：单位加速度输入：一般输入信号：5.2最小位数字控制器的设计原理，控制对象的脉冲传递函数G(z)稳定，单位圆和单位圆外部为0，通常，q=1、2、3。使用F(z)=1，p=q可以获得最简单形式的数字控制器和最低阶。分析典型输入中的最小位控制系统，(1)输入单位步长(q=1)，r (t)=1 (t)， (z)=1- e (z)，e (z)，可选：5.2最小位数字控制器的设计原理，(2)输入单位速度(q=2)，r (t)=t， e (z)=(1-z-1) 2，= (z)=1- e (z)，=1-3z1 3z-2-z-3，e (z)=r (z) e (z)，3， e (z)=(1-z-1) 3，5.2最小位数字控制器的设计原理，r (t)，1 (t)，r (z)， e (z)，1-z u (z)=d (z) e (z)，=1.58-0.58 z-1，(1)，5.2最小位数字控制器的设计原理，(2)， e (z)=() ， (z)=z-1， e (z)=1-z-1 z-2 z-3，e (z)=r (z) e (z)=1最小位控制器的限制，(1)最小位控制器对常规输入的适应性差异，对特定常规输入的响应是最小位的控制器，其他常规输入可能不是最小位！ e (z)=(1-z-1) 2， (z)=2z-1-z-2，e (z)=r (z) e (z) r(z)=0.5z-1 2z2 4.5z-3 8z-4 12.5 z-5，5.2最小位数字控制器的设计原理，(2)最小位控制器的可行性问题，U(z)(A0 a1z 也就是说，D(z)是z的正幂函数，具有a00，5.2最小位的数字控制器的设计原理，如果控制对象具有D采样周期的纯滞后：g (z)=g (z) z-d，则闭环脉冲传递函数109(否则，D(z)将无法实现。(3)最小比特控制的稳定性问题，在最小比特系统中，不仅保证了采样点处输出量的稳定性，还保证了闭环系统在物理上保持稳定的控制变量的收敛性。5.2最小位数字控制器的设计原理，Y(z)=U(z)G(z)，G(z)仅在z平面上没有不稳定的零和极，并且没有纯导引时，1090(z)=1-(1-z-1)，G(z)不稳定极：必须使用其他方法将系统补偿为稳定系统，并且必须在设计原则中添加其他条件。y(k)发散，G(z)不稳定零：u(k)发散，D(z)的零消除消除消除G(z)不稳定极的这种稳定性是以零极完全消除为基础的。由于系统参数的漂移，消除难以准确实现。介绍了5.2最小比特数字控制器设计原理、5.3最小比特重排数字控制器设计、最小比特系统设计需要满足的准确度、快速性、可靠性和物理可实现要求，其中，介绍了最小比特重排控制系统的设计方法。g (z) :g (z)不包含位于单位圆的零点和单位圆外部且不包含延迟链接的部分。u:G(z)的单位圆和单位圆外部的零个数。v :g(z)中的单位圆和单位圆以外的极数。，1 .最小位重排控制器设计的约束，5.3最小位重排数字控制器设计，G(z)具有单位圆和单位圆外部的零：G(z)具有单位圆和单位圆外部的极：=，选择：选择：选择m=u d，n=v，m=u d，n=v，最小位控制器设计过程：R (z)，g (z)，v，u，d，j，q， q :m=u d=1、n=v-j q=3、f1 (z)、F2 (z)、F2 (z)=f21z-1 f22z-2 f23z.5.3最小比特重排数字控制器设计，5.3最小比特重排数字控制器设计，例如，T=1s，最小设计重排控制系统，d=0，解决方案：u=0，v=1，j=，d=0 (1-z-1) 2，f1 (z)=1，=1-2z-1 z-2，jq 3360，F2 (z)=0.54 z-1-0.32 z-2 0.4z-3-0.12 z-4 0.25 z-5，例如，T=0.5s，设计最小位重排控制系统，解决方案：d=0=(1.48 z1)f21z-1，=f21z1.48 f21z-2， e (z)=1- (z)，=1-f21z1 5.3最小比特重排数字控制器设计，=0.546-0.36 z-1 0.02 z-2-0.01 z-3，t=0.1s，最小比特重排控制系统设计，5.3最小比特重排数字控制器设计，课堂练习，d=y (z)=r (z) (z)，=z-2 z-3 z-4，=1 (F11-1) z-1-f11z-2，F11 n=v-j q=1，jq :f1 (z)=1 f11z-1 f21z-2，F2 (z)=f21z-1，=(1-z) ，解决方案：5.3最小位重排数字控制器设计，解决方案：例如，控制对象的传递函数尝试采样(T=l)和保持零阶，以及单位步长输入的最小位控制器。解法：(1)广义控制目标，(3)广义控制目标0极分布：圆外无极，圆外零，延迟元素输入函数的顺序，(2)确定预期闭环结构，最小阶，即，(3)基准，联立方程，此控制系统输出信号存在纹波，因此称为最小位纹波控制系统。5.4最小比特无重排数字控制器设计，重排的原因：控制u(t)波动不稳定。结果：输出发生波动，导致机械机构的摩擦。，最