005第5章计算机控制策略.ppt

总结：设计最少拍控制器时，要合理选择Φ(z) 和Φe(z)。 （1）设计最少拍无纹波系统时，要求Φ(z) 包含G(z)的全部零点；而设计最少拍有纹波系统时，只要求Φ(z)包含G(z)单位圆上（z=1除外）和单位圆外零点,且包含延迟因子z-d。 （2）Φe(z)包含G(z)的不稳定极点，且考虑输入形式。 例5.3 设Gc(S)=10/s(s+1)(0.1s+1)， H (s)=（1-e-sT）/s, T=0.5s， 针对单位阶跃输入函数设计最少拍有波纹系统和最少拍无波纹系统。 解：广义对象脉冲传递函数为 可见，系统有一个不稳定零点 z =-1.516 （1）设计最少拍有纹波控制器取Φ(z) =a z-1(1+1.516z-1)；包含G(z)单位圆外零点Φe(z)=(1-z-1)(1+b z-1)；阶次与Φ(z)相同， 且考虑输入形式 Φe(z)=1- Φ(z) 比较系数，解得a=0.3974, b=0.6025 （2）设计最少拍无纹波控制器取Φ(z) =a z-1(1+1.516z-1)(1+0.05173z-1)；包含G(z)全部零点Φe(z)=(1-z-1)(1+ b1 z-1 +b2 z-2)；阶次与 Φ(z)相同，且考虑输入形式 Φe(z)=1- Φ(z) 比较系数，解得a=0.378, b1=0.622， b2=0.0296 最少拍控制系统的局限性 (1)系统的适应性差 (2)对参数变化的灵敏度大 (3)控制作用易超出限定的范围 1．采样周期的确定 根据香农定理，对一个具有有限频谱的连续信号进行采样，如果采样频率大于或等于信号所含最高频率的两倍，则对信号进行采样所得的一连串采样信号可以完全复现原来的信号。即 （5.32） 式中 为采样角频率； 为信号最高角频率。所以由式（5.32）得到采样周期的上限值为 （5.33） 采样定理没有给出采样周期的下限值，但这并不意味采样周期选得越小越好。因为采样周期越小，计算机的计算负担越重，不利于充分发挥计算机的功能；另外采样周期太小，两次采样的偏差变化不大，数字控制器的输出值变化很小，控制作用也不明显。实际上，通常按一定的原则，结合使用经验来选择采样周期T。所以采样周期的选取应该在这样的区间里： 表5-1 数字PID控制系统采样周期选择参考 被控对象 采样周期 （秒） 流量 1~5 压力 3~10 液位 6~10 温度 15~20 成分 15~20 2．按简易工程整定法整定参数 （1）扩充临界比例度法 ① 选择一个足够短的采样周期。具体地说就是选择采样周期为被控对象纯滞后时间的十分之一以下。 ② 用选定的采样周期使系统工作。这时，数字控制器去掉积分作用和微分作用，只保留比例作用。然后逐渐减小比例度，直到系统发生持续等幅振荡。记下使系统发生振荡的临界比例度 及系统的临界振荡周期 。 ③选择控制度。所谓控制度就是以模拟调节器为基准，将数字控制系统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用误差平方面积 表示。 ④根据选定的控制度，查表5-2，求得 、 、 、 的值。 控制度 控制规律 T Kp Ti Td 1.05 PI 0.03Tk 0.53δk 0.88 Tk PID 0.014 Tk 0.63δk 0.49 Tk 0.14 Tk 1.2 PI 0.05 Tk 0.49δk 0.91 Tk PID 0.043 Tk 0.47δk 0.47 Tk 0.16 Tk 1.5 PI 0.14 Tk 0.42δk 0.99 Tk PID 0.09 Tk 0.34δk 0.43 Tk 0.20 Tk 2.0 PI 0.22 Tk 0.36δk 1.05 Tk PID 0.16 Tk 0.27δk 0.40 Tk 0.22 Tk （2）扩充响应曲线法 ①数字控制器不接入控制系统，让系统处于手动操作状态下，将被调量调节到给定值附近，并使之稳定下来。然后突然改变给定值，给对象一个阶跃输入信号。 ②用记录仪表记录被调量在阶跃输入下的整个变化过程曲线，如图5-8所示。 ③在曲线最大斜率处作切线，求得滞