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第六章计算机控制系统的离散化设计

School of Electrical Engineering 计算机控制技术 第6章 计算机控制系统的离散化设计 直接数字控制 1 最少拍计算机控制系统的设计 2 最少拍无纹波计算机控制系统的设计 3 大林(Dahlin)算法 4 数字控制器D(z)的实现方法 离散化设计法则首先将系统中被控对象加上保持器一起构成 的广义对象离散化,得到相应的以Z传递函数,差分方程或离 散系统状态方程表示的离散系统模型。 然后利用离散控制系统理论,直接设计数字控制器。 由于离散化设计法直接在离散系统的范畴内进行,避免了由 模拟控制系统向数字控制器转化的过程,也绕过了采样周期 对系统动态性能产生严重影响的问题。 6.1 最少拍计算机控制系统的设计 最少拍设计,是指系统在典型输入信号(如阶跃信号,速 度信号,加速度信号等)作用下,经过最少个采样周期, 使系统输出的稳态误差为零。 实质上是时间最优控制系统,系统的性能指标就是系统的 调节时间最短。 在数字控制过程中,一个采样周期称为1拍。 最少拍控制系统对闭环Z传递函数的性能要求是快速性和 准确性 6.1.1 最少拍控制系统数字控制器分析 在给定被控对象和零阶保持器(广义对象)的的条件下, 选择适当的数字控制器D(z),以满足对系统提出的性能 指标要求。 其中,G(z)为广义对象的脉冲传递函数,D(z)是数字控制器 的脉冲传递函数。 闭环脉冲传递函数为 C ( z ) D ( z )G ( z ) Φ(z ) R z +D z G z ( ) 1 ( ) ( ) 误差脉冲传递函数为 E (z ) R (z ) −C (z ) W ( z) 1−Φ(z ) e R (z ) R (z ) Φ(z ) Φ(z ) 1−W (z) 数字控制器为 D (z ) e G( z)[1−Φ( z)] G( z)W ( z) G( z)W ( z) e e 利用直接数字设计法设计最少拍控制系统,要考虑以下几点: 稳定性:闭环系统应是稳定的。 准确性:对于特定的参考输入信号,到达稳态后,系统在采 样时刻精确实现对输入的跟踪。 快速性:系统以最快速度达到稳态,即调节时间为有限拍, 且拍数最小。 D(z)应是物理可实现的。 假设条件 为了使设计简明起见,提出如下三个假设条件。 G(z)在单位圆上和圆外无极点,(1,j0 )点除外; G(z)在单位圆上和圆外无零点; G0(s)中不含纯滞后。 1.由准确性确定Φ(z) 根据准确性要求,系统在采样点无稳态误差。 根据终值定理得 e *(∞) lim(1=−z−1 )E (z ) Z →1

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