计算机控制系统第2版李华侯涛电子课件第4章节.ppt

在输入单位速度时，输出量的Z变换为 图4-21 参数变化时的系统响应 由于对象参数的变化，实际闭环系统的极点位置已变，系统响应要经历长久的振荡才能逐渐接近期望值，它已不再具有最少拍的性质。 兰州交通大学自动化学院 改进的办法 ： 提高对参数变化的适应能力，使其能根据对象参数 变化调整自身的参数（增益和零极点位置）。 在设计时适当增加调整项 、 的阶次。使待定系数 、 的选择增加自由度。 3）适当选择采样周期 根据系统的动态过程及执行机构所允许的线性工作区来合理地选择采样周期。 兰州交通大学自动化学院 4.3 纯滞后控制 本节主要内容 1．施密斯预估控制 2．达林算法 兰州交通大学自动化学院 1 施密斯（Smith）预估控制 单回路控制系统闭环传递函数 系统的特征方程为 特征方程包含有纯滞后环节，使系统的稳定性下降，尤其当 较大时，系统就会不稳定。 图4-22 带纯滞后环节的控制系统 分析： 兰州交通大学自动化学院 图4-23 带施密斯预估器的控制系统 具有纯滞后补偿的模拟控制器 由施密斯预估器和调节器 组成的补偿回路称为纯滞后补偿器。其传递函数为 补偿后的系统闭环传递函数 兰州交通大学自动化学院 图4-24 纯滞后补偿系统输特性 说明：经补偿后， 在闭环控制回路之外，不影响系统的稳定性，仅将控制作用在时间坐标上推移了一个时间，控制系统的过渡过程及其它性能指标都与对象特性为0时完全相同。 具有纯滞后补偿的数字控制器 图4-25 计算机纯滞后补偿控制系统 兰州交通大学自动化学院 纯滞后补偿的数字控制器由两部分组成：一部分是数字PID控制器；另一部分是施密斯预估器。 施密斯预估器 图4-26 施密斯预估器方框图 每采样一次，把 记入0单元，同时把0单元原来存放数据移到1单元，…，依此类推。从单元N输出的信号，就是滞后N个采样周期的信号。 图中 是PID数字控制器的输出， 是施密斯预估器的输出 滞后环节使信号延 迟，为此，在内存中专 门设定N个单元作为存 放 信号的历史数 据，存储单元的个 数 。 兰州交通大学自动化学院 设：工业对象近似用一阶惯性环节和纯滞后环节的串联 纯滞后补偿控制算法步骤 ① 计算反馈回路的偏差 ② 计算纯滞后补偿器的输出 兰州交通大学自动化学院 ③ 计算偏差 ④ 计算控制器的输出 化成微分方程: 例6 已知一个一阶加纯滞后过程的传递函数 单位阶跃信号输入，采样周期 ，采用PI控制 最佳整定参数的控制器算式为 在经过史密斯补偿后，控制器算式为： 可见比例增益约扩大9倍，积分时间缩小为原来的，仿真结果表明控制作用有了明显加强。 图4-27 Smith与PID仿真实验结果比较 兰州交通大学自动化学院 2 达林（Dahlin）算法 达林算法所期望的闭环传递函数 ， 为采样周期。 式中 , 与被控对象有关，以 作为整定参数，改变 将得到不同的控制效果。 则 1)达林算法　　的基本形式 兰州交通大学自动化学院 2) 振铃现象及其消除 按达林算法设计的控制器可能会出现一种振铃现象，即数字控制器的输出以二分之一的采样频率大幅度衰减振荡,会造成执行机构的磨损。在有交互作用的多参数控制系统中，振铃现象还有可能影响到系统的稳定性。 且: 令: 振铃现象 兰州交通大学自动化学院 衡量振铃现象程度的量是振铃幅度RA。它定义为 所以 在单位阶跃输入函数的作用下 控制器在单位阶跃输入作用下，第零次输出幅度与第一 次输出幅度之差。 兰州交通大学自动化学院 0.8 1.0 0.2 0.5 0.37 0.46 0.3 1.0 0.7 0.89 0.803 0.848 0.5 1.0 0.5 0.75 0.625 1 1 0 1 0 1 0 输出序列图 RA 的极点在 时，控制器输出振铃现象最严重，离 越远，振铃现象就越弱。在单位圆内右半平面有极点时，则会减轻振铃现象，而在单位圆内右半平面有零点时，会加剧振铃现象。 结论 由： 可以看出， 把 的全部零点作为其极点，所以， 若有单位圆内接近于 的零点，就会引起振铃。 兰州交通大学自动化学院 （1）