数字控制器的连续化设计方法学习教案

1、会计学1数字数字(shz)控制器的连续化设计方法控制器的连续化设计方法第一页，共78页。第1页/共78页第二页，共78页。第2页/共78页第三页，共78页。第3页/共78页第四页，共78页。第4页/共78页第五页，共78页。第5页/共78页第六页，共78页。第6页/共78页第七页，共78页。第7页/共78页第八页，共78页。前向差分法还可通过数值微分计算(j sun)得到：第8页/共78页第九页，共78页。第9页/共78页第十页，共78页。第10页/共78页第十一页，共78页。二、零阶保持器法零阶保持器法的基本思想是：离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列，必须与模拟调节器的阶跃响应的采样值相等

2、，因此又称为阶跃响应不变法。这种方法就是在模拟调节器前面，串联一个零阶保持器，最后进行Z变换(binhun)，得到数字控制器的脉冲传递函数。第11页/共78页第十二页，共78页。第12页/共78页第十三页，共78页。第13页/共78页第十四页，共78页。第14页/共78页第十五页，共78页。第15页/共78页第十六页，共78页。第16页/共78页第十七页，共78页。第17页/共78页第十八页，共78页。第18页/共78页第十九页，共78页。第19页/共78页第二十页，共78页。第20页/共78页第二十一页，共78页。量振荡，甚至导致闭环系统不稳定第21页/共78页第二十二页，共78页。积分控制

3、规律为：只要偏差不为零，积分环节就会累积偏差，影响控制量u，并减小偏差。直到偏差为零，控制作用不在变化(binhu)，系统才能达到稳态。因此积分作用能够消除稳态误差。但是积分作用的动作比较缓慢，而且在偏差刚出现时，调节作用很弱，不能及时克服扰动的影响，使动态偏差增大，调节过程延长，因此很少单独使用。把比例环节和积分环节结合起来，就构成比例积分调节器，其调节规律为：第22页/共78页第二十三页，共78页。控制过程的动态品质。第23页/共78页第二十四页，共78页。第24页/共78页第二十五页，共78页。能消除系统的稳态误差。为此，需要加入积分环节，构成比例积分微分（PID）调节器。第25页/共7

4、8页第二十六页，共78页。第26页/共78页第二十七页，共78页。第27页/共78页第二十八页，共78页。第28页/共78页第二十九页，共78页。第29页/共78页第三十页，共78页。第30页/共78页第三十一页，共78页。第31页/共78页第三十二页，共78页。第32页/共78页第三十三页，共78页。第33页/共78页第三十四页，共78页。第34页/共78页第三十五页，共78页。第35页/共78页第三十六页，共78页。第36页/共78页第三十七页，共78页。这种由于计算机取整而产生的积分项输出误差(wch)称为积分整量化误差(wch)，计算机字长的限制是产生整量化误差(wch)的原因。第37

5、页/共78页第三十八页，共78页。基数值。这种改进的PID控制算法称为(chn wi)防止积分整量化误差的PID控制算法。第38页/共78页第三十九页，共78页。第39页/共78页第四十页，共78页。第40页/共78页第四十一页，共78页。第41页/共78页第四十二页，共78页。kiDIpkekekiekkekku0) 1()()()()(第42页/共78页第四十三页，共78页。第43页/共78页第四十四页，共78页。kiDIpkekekiekkekku0) 1()()()()(0)/()(1ABkeB时时时BkeBkeAAke)()()(第44页/共78页第四十五页，共78页。第45页/共7

6、8页第四十六页，共78页。第46页/共78页第四十七页，共78页。)11()()()(sTsTksEsUsDDIp)111 ()()()(sTsTsTksEsUsDfDIp第47页/共78页第四十八页，共78页。(a ) 完全微分完全微分0 1 2 3 4 5 6NTu(k)积分比例(b ) 不完全微分不完全微分0 1 2 3 4 5 6NTu(k)积分比例图4.17 单位阶跃作用下PID控制的输出特性第48页/共78页第四十九页，共78页。r(t) + - y(t)u(t)e(t)图4.18 被控量微分先行)11 (sTkIpsTsTDD11第49页/共78页第五十页，共78页。y(t)r(

7、t) + -u(t)e(t)图4.19 偏差微分先行)11 (sTkIpsTsTDD11第50页/共78页第五十一页，共78页。偏差微分先行的不同之处在于，对偏差进行(jnxng)微分控制后，才进行(jnxng)PI调节。这种算法适用于串级控制的副回路，因为给定值由主回路提供，所以对被控量和给定值都应进行(jnxng)微分处理。 第51页/共78页第五十二页，共78页。一 阶 滞 后滤波PID控制器受控对象r +-yeecu图4.20 前置滤波的PID控制器的系统框图第52页/共78页第五十三页，共78页。死区环节PID控制器eecu图4.21 带死区的PID控制器结构0)()(kekecBk

8、eBke)()(当当 第53页/共78页第五十四页，共78页。第54页/共78页第五十五页，共78页。第55页/共78页第五十六页，共78页。max2sTmax2s第56页/共78页第五十七页，共78页。第57页/共78页第五十八页，共78页。小一点(y din)；反之可以选择大点的采样周期第58页/共78页第五十九页，共78页。第59页/共78页第六十页，共78页。质量n控制精度越高，采样周期越小，以减小系统(xtng)的纯滞后。第60页/共78页第六十一页，共78页。tyTg(a) 单容过程 T0.1 TgtyTe(b) 振荡过程 T0.1 Tety(c) 滞后过程 T0.25图4.24

9、不同过程采样周期的经验选择范围 第61页/共78页第六十二页，共78页。第62页/共78页第六十三页，共78页。第63页/共78页第六十四页，共78页。2020min( )min( )De t dte t dtA实际应用实际应用(yngyng)中并不需要计算出两个误差的平方积分中并不需要计算出两个误差的平方积分，控制度仅表示控制效果的物理概念。例如，当控制度为时，控制度仅表示控制效果的物理概念。例如，当控制度为时，就是指，就是指DDC控制与模拟控制效果基本相同；控制度为时控制与模拟控制效果基本相同；控制度为时，是指，是指DDC控制比模拟控制效果差。控制比模拟控制效果差。第64页/共78页第六十

10、五页，共78页。第65页/共78页第六十六页，共78页。第66页/共78页第六十七页，共78页。Tpty0 广义对象广义对象(duxing)的阶跃飞升特性曲线的阶跃飞升特性曲线第67页/共78页第六十八页，共78页。) 2() 1()()(210keakeakeakuTTTTkaDIp10TTkaDp211TTkaDp2第68页/共78页第六十九页，共78页。第69页/共78页第七十页，共78页。第70页/共78页第七十一页，共78页。D(s)Gp(s)r(t) + -+-+-u(t)y(t)图4.26 带Smith预估器的控制系统spesG)(seSmith预估(y )器 第71页/共78页第七十二页，共78页。)1)()(1)()(spesGsDsDsDsppspspesGsDsGsDesGsDesGsDs)()(1)()()()(1)()()(第72页/共78页第七十三页，共78页。第73页/共78页第七十四页，共78页。图4.27 带Smith预估器的PID数字控制系统e(t)r(t) + -+-u(k)y(t)PIDe (k)ec(k)c(k)第74页/共78页第七十五页，共