第4章复杂控制系统.ppt

* * * 串级控制系统中，副回路工作频率远大于主回路工作频率时： 完全补偿的条件： 4-4 前馈控制 ? 前馈控制的基本结构 1、Smith预估补偿原理 4-5 大迟延过程系统 ? Smith预估补偿控制 不采用Smith预估器： 采用Smith预估器： Smith预估器传递函数 1、Smith预估补偿原理 4-5 大迟延过程系统 ? Smith预估补偿控制 补偿前： 补偿后： 1、Smith预估补偿原理 4-5 大迟延过程系统 ? Smith预估补偿控制 1、Smith预估补偿原理 4-5 大迟延过程系统 ? Smith预估补偿控制 2、改进的Smith预估补偿控制 ① 增益自适应补偿控制 4-5 大迟延过程系统 ? Smith预估补偿控制 ② 完全抗干扰的Smith预估补偿控制 2、改进的Smith预估补偿控制 4-5 大迟延过程系统 ? Smith预估补偿控制 2、改进的Smith预估补偿控制 4-5 大迟延过程系统 ? Smith预估补偿控制 2、改进的Smith预估补偿控制 4-5 大迟延过程系统 ? Smith预估补偿控制 ? 大林（Dahlin）算法是一种专门针对工业生产过程中含有纯滞后控制对象的直接数字设计算法。 4-5 大迟延过程系统 ? 大林(Dahlin)算法 ? 大林算法的设计目标是：设计数字控制器使系统的闭环传函为具有纯滞后的一阶惯性环节，且其滞后时间等于被控对象的滞后时间，其与采样周期T有整数倍关系，即： 1、大林算法控制器D(z)的基本形式 4-5 大迟延过程系统 ? 大林(Dahlin)算法 期望的系统闭环传函 当前的系统闭环传函 4-5 大迟延过程系统 ? 大林(Dahlin)算法 ① 若被控对象为带纯滞后的一阶惯性环节： 4-5 大迟延过程系统 ? 大林(Dahlin)算法 ② 若被控对象为带纯滞后的二阶惯性环节： 4-5 大迟延过程系统 ? 大林(Dahlin)算法 例：设被控对象的传递函数为 采样周期T=0.5秒，期望的闭环传递函数的一阶惯性环节的时间常数Tb＝0.5秒，试按大林算法设计其数字控制器。 解：① 求系统的广义对象的脉冲传递函数 4-5 大迟延过程系统 ? 大林(Dahlin)算法 ② 求系统的闭环脉冲传递函数 ③ 求数字控制器 4-5 大迟延过程系统 ? 大林(Dahlin)算法 数字控制器的输出 4-5 大迟延过程系统 ? 大林(Dahlin)算法 2、振铃现象及其消除方法 ? 所谓振铃（Ringing）现象，是指数字控制器的输出u(k)以2T 或以1/2的采样频率大幅度上下摆动。 ? 振铃现象产生的根源 由于 ，令 ， 则 对单位阶跃输入 ，它有极点z =1，如果φu(z)的极点在负实轴上，且与z = -1接近，则上述两个极点造成的输出瞬态项在不同的时刻可能叠加也可能抵消，导致输出出现波动。 G(z)中含有靠近z=－1的零点，相当于U(z)中含有z=－1附近的极点！ 4-5 大迟延过程系统 ? 大林(Dahlin)算法 ? 规律： — 极点距离 z = -1越近，振铃现象越严重 — 单位圆内右半平面的零点会加剧振铃现象 — 单位圆内右半平面的极点会减弱振铃现象 ★ 振铃现象对系统的输出几乎无影响，但会增加执行机构的磨损，并影响多参数系统的稳定性。 ★ 振铃现象与被控对象的特性、闭环时间常数、采样时间、纯滞后时间的大小等有关。 4-5 大迟延过程系统 ? 大林(Dahlin)算法 ? 振铃强度RA： 用单位阶跃输入下数字控制器第0次输出量和第1次输出量的差值表示 φu(z)可以写成： 单位阶跃输入下 因此 4-5 大迟延过程系统 ? 大林(Dahlin)算法 ? 振铃现象与Tb、Tp之间的关系 对于带纯滞后的一阶惯性环节的被控对象 无振铃现象 有振铃现象 4-5 大迟延过程系统 ? 大林(Dahlin)算法 ? 振铃现象与采样周期 T 之间的关系 对于带纯滞后的一阶惯性环节的被控对象 无振铃现象 有严重的振铃现象 有严重的振铃现象 4-5 大迟延过程系统 ? 大林(Dahlin)算法 ? 振铃现象的消除 ★ 方法1：找出D(z)中引起振铃的因子（z = -1附近的极点），令其中的z = 1。系统稳态值不变，但瞬态特性会变化，数字控制器的动态性能也会影响。 ★ 方法2：通过选择采样时间 T 和闭环系统时间常数，使系统振铃幅度抑制在最低限度内。 4-5 大迟延过程系统 ? 大林(Dahlin)算法 ★ 对前例