第78910次课图.ppt

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第78910次课图

(1)思路:将D(s)中的零极点都按照 进行一一映射。 5、各种离散化方法比较(表5 -1) 结论: ① 一阶差分方法简单,精度不高,向前差分可能导致不稳定,向后差分用的多; ② 双线性精度高,稳定性不变,应用最普遍,预修正可用于高精度; ③零极点用于高精度,使用不方便; ④Z变换和带Z0H的Z变换(脉冲不变,阶跃不变)很少使用; ⑤采样频率的提高(T↓),可以改善各种等效变化的性能。 ⊙数字PID控制器的设计 1、数字PID的基本算法 根据积分微分的不同作用,调整其在控制中的作用。 ②不完全微分PID 实际系统中,T过程的时间常数,可以将模拟PID的整定方法推广到离散系统。 ①扩充临界比例系数法: 步骤:i)选T0.1 (纯滞后时间) ii)在纯比例作用下,使系统处于临界状态(等幅振荡), 得到 和 iii)选择控制度,评价函数:误差平方积分 iv)查表确定 v)验证,修改,在线调试参数 3、PID的整定 ②扩充响应曲线法 步骤:i)开环阶跃响应曲线 ii)根据拐点切线,得到 和 iii)选择控制度 iv)查表求出T v)在线调试,修改参数 *第二种方法在实际应用中更为可行 ⊙Z平面根轨迹设计 离散域设计的优点:①无须离散化,避免了离散化误差; 1、Z平面的根轨迹 ②在给定的采样频率下设计,可以保证该频率下 的系统品质。 ①系统的结构类似:考虑广义对象 显然,二者的闭环特征方程相似,即连续域的根轨迹在Z域适用。 ②定义:开环传出中某个参数变化 时,闭环特征根的集合。 ③表达式:零极点形式 根轨迹方程: 模值方程 相角方程 其中: 模值:确定根轨迹上各点的开环根轨迹增益K 相角:决定闭环系统的根轨迹 *根轨迹是图解方法,有利于系统的定性分析。(已知开环零、极点)分析闭环时的极点分布,为系统性能的改进提供了有效的途径。 ④Z域根轨迹与S域根轨迹的区别 1)Z平面的极点密度高,尤其在Z=1的附近,表5-4(由 决定) 2)Z平面的临界放大系数由根轨迹与单位圆的交点确定 3)Z域传函的零点多于相应的连续系统。必须考虑零点对于系统性能的影响。 2、系统动态指标与Z域极点位置的关系 连续系统中,高阶系统可以看作(近似)以一对主导极点为主的二阶系统。 特征根 单位阶跃输出为 动态指标: 例5-4: 3、设计方法 ①思路:试凑法 根据要求的时域指标。(其他指标可以转换)。画出目 标区域,选择D(z)中的零极点使系统的闭环根轨迹进入目标区域, 选择工作区域,确定控制器的参数、结构。 ②步骤:i)根据时域指标,画出目标Z平面的期望极点的允许范围; ii)设计 ,相位超前或滞后的形式,取 保证系统的稳态性能不变 *可用零极点相消的方法设计:用D(z)中的极、零点消掉G(z)中不希望的极、零点,从而使系统获得满意的品质; *单位圆附近以及单位圆外的零、极点不能相消;可能会引起计算误差或对象性能的变化,使对消失误,引起不稳定; iii)数字仿真、验证性能 iv)D(z)实现 *离散系统的零点多于响应的连续系统,性能受零点的影响 *近似二阶系统的设计,其他非全导极点也会有影响 设计举例.P125 步骤:①由性能指标,确定稳定Z区域 ②确定广义G(z) ③设计D(z),试探法,零极相消 *零极分布对根轨迹形状的影响 ④验证(仿真) ⑤算法 ⊙W变换及频率域设计(直接设计法) 思路:将Z域中 的非有理式变换变成有理分式,利用伯德图进行分析设计。 1、 W变换的定义 *双线性变换的逆运算形式,只是变量代换,仍为离散域,而不是回到连续域。 2、 W变换的性质 ①映射关系:i)S域→Z域 S左半平面(主带+旁带)→Z单位圆 ii)Z域→W域 验证: ②号点: S域: W域: Z域: ③号点: ④号点: 结论:S域和W’域,传函都是各自复变量的有理函数,且对应的 稳定区域相同,所以S平面的稳定性分

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