计算机控制系统第2章(第4次课大林算法)课件.pptx

课件下载：/s/1o6vO1Ge 作业请发：mcu_bit_assign@163.com 主题：计算机控制系统作业_姓名_学号_第xx章_（题目编号） 邮件内署名 纯滞后对象的控制算法设计 问题 2.3.5 大林（Dahlin）算法 被控对象传递函数 一阶惯性环节+纯滞后： 二阶惯性环节+纯滞后： 要求整个闭环系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间，而从消除纯滞后环节对系统稳定性的影响。 设计目标： 设计一个数字控制器D(z)组成的计算机控制系统，使该系统的闭环传递函数为： 为惯性时间常数 要求整个闭环系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间，而从消除纯滞后环节对系统稳定性的影响。 2.大林算法的设计步骤： 1）选取期望的闭环传递函数 如式（2-13）所示，用零阶保持器法对 离散化，得到闭环Z传递函数 2）计算广义被控对象的Z传递函数 （1）具有纯滞后一节惯性系统 代入式（2-7）和式（2-8），得到D(z) （2）具有纯滞后二阶惯性系统 其中： 代入式（2-7）和（2-8）得到D(z) 例2-16 已知 ，采样周期T=1s，试用 大林算法设计数字控制器D(z)。 解：求HG(z) 根据大林算法 ，取 则 ，将其加零阶保持器 后离散化，得到： 数字控制器D(Z)为： 单位阶跃输入时，系统输出为： 振铃现象及其消除 设计纯滞后惯性系统，当系统参数设置不适合时，可能使数字控制器D(z)的输出以2T为周期大幅度上下摆动，此现象称为振铃(Ringing)现象。 振铃幅度RA：衡量系统振铃现象的强弱。 定义：数字控制器D(z)在单位阶跃输入下，第零拍输出与第一拍输出幅度之差，即RA=u(0)-u(T)。 数字控制器可写为如下基本形式： 其中， Q(z)是直接影响输出幅值的因素， 是影响输出序列延时的因素。 在阶跃脉冲作用下，Q(z)的输出序列为 根据振铃定义， 表2-2列出3种数字调节器D(z)引起的振铃现象，从表中看到，振铃现象产生的原因：在Q(z)存在z=-1的极点，当极点z=-1时，R(A)最大，随着极点离开z=-1越远，R(A)的幅值越小。 大林算法： （1）找出产生振铃现象的极点因子， z=-1及附近的极点。 （2）强行令其中的z=1。以消除该极点，根据终值定理，不影响输出的稳态值。 （3）求出D(z)。 16 1 -1 j Z平面 （补充）极点与动态响应的关系 17 1 -1 j Z平面 例2-17 设被控对象传递函数 ，若采样周期T=0.5s，用大林算法设计数字控制器，并设法振铃现象。 解：由题可知， 。当被控对象与零阶保持器相连接时，系统的广义对象的传递函数为 p.31 根据大林算法，使闭环系统脉冲传递函数为纯滞后一节惯性环节，设 ，可得： 可见D(z)含有 三个极点， 处不会引起振铃现象，只有在 处引起振铃现象。 令分母 中的 即可消除系统的输出振铃现象。 得到数字调节器D(z)为： 数字控制器的直接设计方法 最少拍 大林算法 根轨迹法（控制理论中讲解） 频域设计法（控制理论中讲解） 2.4数字控制器D(z)的实现 硬件电路 实现方法 软件编程 2.4.1 直接程序设计法 数字控制器D(z)通常可表示为 式中， ，E(z)和U(z)分别为数字控制器D(z)输入和输出序列Z变换。 式（2-14）可改写为如下形式： 对式（2-15）进行Z变换，在初始静止的条件下，可得差分方程： 根据式（2-16）可直接画出D(z)的实现原理框图，如图2-19所示。 例2-18 已知数字调节器脉冲函数D(z)为： 试用直接程序法写出D(z)的表达式，画出实现D(z)的原理框图和相应的软件流程图。 解：实现D(z)的原理框图2-20所示。 由： 得： 从上式可知： 进行Z反变换，求得数字调节器的差分方程为： 根据方程可画出程序流程图，如图2-21。 2.4.2 串行程序设计法 如果数字控制器的脉冲传递函数的零极点已知，则D(z)可写成： 根据迭代