第四章最小拍及纯滞后补偿控制.ppt

内容提要 4.1 最小拍控制器设计 4.2 Smith纯滞后补偿控制算法 4.3 Dahlin算法 4.4 本章小结 4.1 数字控制器的直接设计方法 由上述分析可知，产生振铃现象的原因是数字控制器在z平面上 附近有极点。 当 时，振铃现象最严重，在单位圆内离 越远，振铃现象越弱 （2）振铃幅度RA 1. 数字控制器的离散化设计步骤是什么？ (1)根据控制系统的性质指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数Φ(z)。 (2)求广义对象的脉冲传递函数G(z)。 (3)求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)。 (4)根据D(z)求取控制算法的递推计算公式。 本章重点 1、什么是最少拍控制？ 2、最少拍无波纹系统的设计要求，除了满足最少拍有波纹的一切设计要求外，还必须保证 控制器包含广义被控对象所有点 。 3、.最少拍有波纹系统的性能指标要求包括 准确性、快速性、稳定性。 4.何为振铃现象？如何消除振铃现象？ 所谓振铃现象是指数字控制器的输出u(k)以接近二分之一的采样频率大幅度上下摆动。它对系统的输出几乎是没有影响的，但会使执行机构因磨损而造成损坏。 消除振铃现象的方法： 本章重点 （1）参数选择法对于一阶滞后对象，如果合理选择期望闭环传递函数的惯性时间常数T0和采样周期T，使RA≤0，就没有振铃现象。即使不能使RA≤0，也可以把RA减到最小，最大程度地抑制振（2）消除振铃因子法 找出数字控制器D(z)中引起振铃现象的因子(即z=-1附近的极点)，然后人为地令其中的z=1，就消除了这个极点。根据终值定理，这样做不影响输出的稳态值，但却改变了数字控制器的动态特性，从而将影响闭环系统的动态响应。 总结： Smith预估补偿器设计为解决纯滞后控制问题提供了一条有效途径，但它也存在不足。 其一，它对系统受到的负载干扰无补充作用； 其二，Smith补偿器的控制效果有赖于被控对象的数学模型是否精确，特别是纯滞后时间，因此，在模型失配或运行条件改变时，控制效果大打折扣。 Smith预估算法和Dahlin算法这两种关于带纯滞后环节系统的控制策略各有特点，其共同之处是：都将对象的纯滞后保留到闭环脉冲传递函数中，以消除滞后环节对系统性能的影响。而这种变换的代价是使闭环系统的响应滞后一定的时间。 本章小结 首先在4.1节介绍了数字PID控制算法，包括模拟PID控制规律及其调节作用、标准数字PID控制算法的推导、数字PID控制算法的改进以及数字PID参数的整定方法。数字PID控制算法在工业控制中广泛使用，在被控对象的数学模型或参数不清楚下使用可以达到满意的控制效果。 比较数字PID控制器的两种基本形式——位置式算法和增量式算法，增量式算法相比于位置式算法具有更大的优越性：可以实现从手动到自动的无扰切换，同时计算精度高、内存占有率低。根据计算机控制系统的特点介绍了几种针对积分饱和和微分饱和的改进PID算法，主要包括积分分离PID算法、抗积分饱和消除积分不灵敏区等改进措施，针对微分项的改进算法介绍了不完全微分PID控制算法以及偏差微分和测量值微分两种微分先行PID结构，接着介绍了时间最优PID控制和带死区的PID控制算法。 最后从分析PID控制参数对系统性能影响的基础上，介绍了数字PID参数的整定问题，包括采样周期、比例系数、积分时间和微分时间的确定方法，着重介绍了两种实验法整定PID参数的方法：扩充临界比例度法和扩充响应曲线法。应当明确，近年来出现了许多新型的PID参数整定方法，这部分知识可以参阅相关文献。 4.2节重点介绍了数字控制器直接设计方法中最小拍有纹波系统和最小拍无纹波系统控制器的设计，在保证控制系统稳定性和控制器的可实现性以及系统响应的快速性基础上，推导出了最小拍有纹波和最小拍无纹波控制器设计的通式。 最小拍系统设计方法主要结合快速随动系统设计数字控制器，其结构和广义对象的脉冲传递函数以及给定信号密切相关。本节的最后讨论了最小拍系统设计中的几个问题，针对最小拍系统对输入信号的敏感性，介绍了以牺牲有限拍特性为代价获取较满意控制效果的惯性因子法。 4.3节阐述了带纯滞后和惯性环节对象的数字控制器的两类直接设计方法：达林（Dahlin）算法和史密斯（Smith）预估补偿算法。对此类系统，设计目标不再是快速性，而是保证系统的稳定和准确性。针对达林算法产生的振铃现象，阐明了振铃现象产生的原因并说明抑制振铃的两种方法。 需要特别注意的是，使用数字控制器的直接设计方法，都是在已知对象模型的基础上进行的。如果不