计算机控制系统--系统组建实现解读.ppt

北京航空航天大学 清华大学出版社 * 舍入量化时，死带和极限环产生的条件和一般式 输出存在死区和极限环的本质原因，是因为乘积尾数量化的非线性效应。 环节输出达到稳态时，有 产生死区或极限环 设 采用Tustin 变换 低频环节采用高采样频率，将导致死带幅值的增大。 结论：为了避免量化非线性引起的控制器或系统的死区和极限环，在进行设计时，应当尽量使控制器或闭环系统的极点远离单位圆。 北京航空航天大学 清华大学出版社 * 7.5.5 控制算法δ变换描述 δ变换的特点：在小采样周期下，δ离散模型近似于原连续模型，克服了z变换的不足；在数字算法实现时有更好的数值特性。 1.δ变换定义 或 G(δ)与G(s)形式相同，极点位置及各种特性都相似 δ与z的关系 平移放大 z变换 δ变换 相同 北京航空航天大学 清华大学出版社 * 2.δ变换的差分方程描述 已知变量x(k)的δ变换，需要将δ变换定义带入即可写出相应的差分方程。 实现时有较好数值特性 实现时有较差数值特性 北京航空航天大学 清华大学出版社 * 7.1 硬件组成及输入输出接口 7.2 系统测试信号的处理 7.3 计算机控制系统的实时软件设计 7.4 控制算法的编排实现 7.5 量化效应分析 7.6 采样频率的选取 7.7 计算机控制系统的抗干扰及可靠性技术 北京航空航天大学 清华大学出版社 * 7.6.1 采样频率对系统性能的影响 1. 对系统稳定性能的影响 采样周期T是系统的一个重要的参数，对闭环系统的稳定性和性能有很大的影响。 2. 采样信息的影响 采样定理 实际应用时： 被控对象全部特征根中的最高频率 系统闭环频带 信号的最大频率 北京航空航天大学 清华大学出版社 * 3. 采样周期与系统抑制干扰能力的关系 4. 系统输出平滑性与采样周期 阶跃响应升起时间 振荡周期 采样点数 开环截止频率 经验规则： 阶跃响应非周期 阶跃响应是振荡 考虑ZOH影响 干扰信号最高频率 北京航空航天大学 清华大学出版社 * 5. 计算机字长与与采样周期 由于字长有限，当Ｔ减小，所产生的量化误差会增大。 当采样周期过小时，将会增大控制算法对参数变化的灵敏度，使控制算法参数不能准确表示，从而使控制算法的特性变化较大。 6. 计算机的工作负荷与采样周期 计算机的运算是串行的，系统管理、输入输出、控制算法计算等各项任务都要占用一定的时间，故当计算机的速度及计算任务确定后，采样间隔就要受到一定限制。 计算机速度 T可以取得更小。 控制算法复杂性 计算工作量 ，限制T的降低。 北京航空航天大学 清华大学出版社 * 7.6.2 选择采样频率的经验规则 对一个闭环控制系统，如果被控过程的主导极点的时间常数为Td，那么采样周期应取 被控过程具有纯延滞时间 闭环系统的稳态调节时间有要求 闭环系统的闭环自然频率有要求 北京航空航天大学 清华大学出版社 * 采样周期选取总原则： 在能满足系统性能要求的前提下，应尽量选取较大的采样周期（即较低的采样频率），以降低系统成本。 控制变量 流量 压力 液面 温度 采样周期 s １ ５ １０ ２０ 工业过程控制典型变量的采样周期 北京航空航天大学 清华大学出版社 * 7.6.3 多采样频率配置 主要好处： (1)可以有效地减少计算机的运算量，从而降低对计算机的运算速度的要求； (2)对宽频带回路的快变信号选择相应高的采样速率，可以减少高频控制器数字化带来的动态误差；根据低频带回路的慢变信号选择相应低的采样速率，可以减少低频控制器数字化带来的量化误差。 多采样速率配置的原则 根据每个回路或变量特性，按前面讨论的原则进行配置。就单个回路而言，采样频率的选择与单速率系统是相同的。为使多采样速率在计算机中实现简单，除保证同步采样的要求外，采样速率之比通常取整数倍，如采样速率比n=2，4等。 北京航空航天大学 清华大学出版社 * 7.1 硬件组成及输入输出接口 7.2 系统测试信号的处理 7.3 计算机控制系统的实时软件设计 7.4 控制算法的编排实现 7.5 量化效应分析 7.6 采样频率的选取 7.7 计算机控制系统的抗干扰及可靠性技术 北京航空航天大学 清华大学出版社 * 7.7 计算机控制系统的抗干扰及可靠性技术 如果计算机控制系统不解决抗干扰的问题，不提高其可靠性，就无法工作。 解决计算机控制系统的抗干扰问题的两种途径： 1）找到干扰源，寻找相应的办法抑制或消除干扰，尽可能避免干扰串入系统，从外因解决问题； 2）提高计算机控制系统自身抵抗干扰的能力，从内因解决问题。 北京航空航天大学