常规数字控制器的设计方法.ppt

第3章　常规数字控制器的设计方法 利用级数展开可将Z=esT写成以下形式 Z=esT=1+sT+…≈1+sT 由上式可得 带有零阶保持器的 z 变换方法就是将零阶保持器与模拟控制器串联，然后对其进行 z 变换，离散化成为数字控制器。所串接的零阶保持器是虚拟保持器，是公式中的一个解析部分，而不是一个硬件模型。 控制器D(z)设计完并求出控制算法后，需检验计算机控制系统其闭环特性是否符合设计要求，这一步可由计算机控制系统的数字仿真计算来验证，如果满足设计要求设计结束，否则应修改设计。 ◆ 积分分离法 — 思路：当被控量和给定值偏差大时，取消积分控制，以免超调量过大；当被控量和给定值接近时，积分控制投入，消除静差。 第一步 整定比例部分 实验经验法确定(连续) PID调节参数 ◆ 临界比例法 自平衡对象,对纯比例调节器，形成闭环,逐渐较小比例度δ (δ =1/kr），直到系统发生持续等幅振荡。纪录发生振荡的临界比例度和周期δr及Tr （2）在阶跃信号输入下，逐渐加大比例系数 ，使控制系统出现临界振荡状态，一般系统的阶跃响应持续4～5次振荡，就认为系统已经到临界振荡状态。记下此时比例系数 为临界比例系数 ，得到临界比例度为 。 从第一个振荡顶点到第二个振荡顶点时间为振荡周期 ，如图所示。 表3-1 扩充临界比例度法整定参数表 应用实例 多温区电气加热炉控制系统 控制方法：通过调节双向可控硅的通断来调节电炉丝的输出功率，从而控制炉膛里的温度。 控制系统硬件采用可编程控制器配合温度检测单元模块，模拟量混合模块、以及上位PC机通过组态软件实现监控和操作。 控制系统数学模型 加热炉: 近似为一级惯性环节+ 纯滞后 应用实例 阶跃响应曲线测试 U0=0.3（输入阶跃信号） y?=50 Tτ=1170 τ=70 加热炉模型 y? =UoG(0) ==Kc==167 T=1170 τ=70 连续PID参数 （查表） K=0.12 Ti=140s Td=29.4s 应用实例 Matlab仿真 应用事例 Matlab仿真 结果分析 \... K=0.12 Ti=140s Td=29.4s 应用事例 Matlab仿真 结果分析 \... K=1.2 Ti=240s Td=12s 回顾：数字控制器的离散化设计步骤 1.闭环脉冲传递函数Ф(z)的确定 典型输入函数 根据z变换的终值定理，系统的稳态误差为 2.典型输入下的最少拍控制系统分析 (1)单位阶跃输入(q=1) 输入函数r(t)=1(t),其z变换为 3.最少拍控制器的局限性 对某一典型输入的响应为最少拍的控制器，对于其它典型 输入不一定为最少拍！ 一般来说，针对一种典型的输入函数R(z)设计，得到系统的闭环脉冲传递函数Ф(z)，用于次数较低的输入函数R(z)时，系统将出现较大的超调，响应时间也会增，但在采样时刻的误差为零。 反之，当一种典型的最少拍特性用于次数较高的输入函数时，输出将不能完全跟踪输入以致产生稳态误差。 由此可见，一种典型的最少拍闭环脉冲传递函数Ф(z)只适应一种特定的输入而不能适应于各种输入。 (2)最少拍控制器的可实现性问题 若被控对象有滞后特性（假设给定连续被控对象有d个采样周期的纯滞后）需要对闭环脉冲传递函数Ф(z) 分子多项式要进行处理。 (3)最少拍控制的稳定性问题 4.2.3??最少拍有纹波控制器的设计 根据以上给出了确定Ф(z)时必须满足的约束条件，可求得最少拍控制器为 4.2.4? 最少拍无纹波控制器的设计 1.前言 2.设计最少拍无纹波控制器的必要条件 3.最少拍无纹波系统确定Ф(z)的约束条件 4.最少拍无纹波控制器确定Ф(z)的方法 5.无纹波系统的调整时间 1.前言 2.设计最少拍无纹波控制器的必要条件 3.最少拍无纹波系统确定Ф(z)的约束条件 要使系统的稳态输出无纹波，就要求稳态时的控制信号u(k)为常数或零。控制信号u(k)的z变换为 ω为G(z)的所有零点数； b1、b2、…b为G(z)的所有零点。 4.最少拍无纹波控制器确定Ф(z)的方法 确定Ф(z)必须满足下列要求： (1)被控对象Gc(s)