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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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