数字控制器的连续化设计27.ppt

 数字控制器设计 本章要点 1. 连续化设计方法 重点：数字PID设计 2. 直接离散化设计方法 重点：最少拍控制算法 3. 大林算法与纯滞后控制 4. 模糊控制基础 本章主要内容 引言 引言 自动化控制系统的核心是控制器。控制器的任务是按照一定的控制规律，产生满足工艺要求的控制信号，以输出驱动执行器，达到自动控制的目的。在传统的模拟控制系统中，控制器的控制规律或控制作用是由仪表或电子装置的硬件电路完成的，而在计算机控制系统中，除了计算机装置以外，更主要的体现在软件算法上，即数字控制器的设计上。 9.1 数字控制器的连续化设计 主要知识点: 9.1.1数字控制器的连续化设计步骤 基本设计思想 设计假想连续控制器 离散化连续控制器 离散算法的计算机实现与校验 连续化设计的基本思想 设计假想连续控制器 1. 原则上可采用连续控制系统中各种设计方法 连续控制器的离散化 离散化方法： 离散算法的计算机实现 9.1.2 数字PID控制算法 理想PID控制算法 理想PID的递推算式 理想PID的增量差分形式 实际微分PID控制算法 实际微分的离散化 差分形式 理想微分PID与实际微分PID阶跃响应对比 实际微分PID与理想微分PID对比 其它形式的实际微分PID 手动/自动跟踪与无扰动切换 手动/自动跟踪与无扰动切换（续） 9.1.3 数字PID算法的改进 常用改进算法： 积分分离算法 抗积分饱和算法 微分项改进 带死区的算法 积分分离算法 积分分离值的确定原则 变速积分 抗积分饱和措施 串级系统抗积分饱和 微分项的改进 带死区的算法 9.1.4 数字PID参数的整定 理论整定方法：依赖于被控对象的数学模型； 仿真寻优方法 工程整定方法：近似的经验方法，不依赖模型。 扩充临界比例带法 扩充响应曲线法 *控制度的概念 扩充临界比例带法 扩充临界比例带法是模拟调节器中使用的临界比例带法（也称稳定边界法）的扩充，是一种闭环整定的实验经验方法。按该方法整定PID参数的步骤如下： （1）选择一个足够短的采样周期 。所谓足够短，具体地说就是采样周期选择为对的纯滞后时间的1/10以下。 （2）将数字PID控制器设定为纯比例控制，并逐步减小比例带 （ ），使闭环系统产生临界振荡。此时的比例带和振荡周期称为临界比例带 和临界振荡周期 。 （3）选定控制度。所谓控制度，就是以模拟调节器为基准，将DDC的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较。控制效果的评价函数通常采用 （ 最小的误差平方积分）表示。 控制度 （9-22） 实际应用中并不需要计算出两个误差的平方积分，控制度仅表示控制效果的物理概念。例如，当控制度为1.05时，就是指DDC控制与模拟控制效果基本相同；控制度为2.0时，是指DDC控制比模拟控制效果差。 （4）根据选定的控制度查表9-1，求得 的值。 （5）按求得的整定参数投入运行，在投运中观察控制效果，再适当调整参数，直到获得满意的控制效果。 扩充响应曲线法 与上述闭环整定方法不同，扩充响应曲线法是一种开环整定方法。如果可以得到被控对象的动态特性曲线，那么就可以与模拟调节系统的整定一样，采用扩充响应曲线法进行数字PID的整定。其步骤如下： （1）断开数字控制器，使系统在手动状态下工作。将被控量调节到给定值附近，当达到平衡时，突然改变给定值，相当给对象施加一个阶跃输入信号。 （2）记录被控量在此阶跃作用下的变化过程曲线（即广义对象的飞升特性曲线），如图9-5所示。参数调整。 （3）根据飞升特性曲线，求得被控对象纯滞后时间 和等效惯性时间常数 ，以及它们的比值 。 （4）由求得的 和 以及它们的比 ，选择某一控制度，查表9-2，即可求得数字PID的整定参数的 值。 （5）按求得的整定参数投入在投运中观察控制效果，再适当调整参数，直到获得满意的控制效果。 仿真寻优法 常见积分型性能指标： 9.2 数字控制器的离散化设计 主要知识点 9.2.1 直接离散化设计的基本原理 9.2.2 最少拍控制系统设计 例9.1 例9.1解 例9.1解（续） 例9.1解（续） 例9.1讨论 一般性结论