数字控制器的直接设计方法.pptxVIP

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第5章 数字控制器的直接设计方法;模拟设计方法;本章内容:;离散化设计方法——把连续部分离散化,把整个系统变成离散化系统,直接设计数字控制器D(z)——直接数字控制设计方法;Wd(z);闭环系统传递函数:;于是得到:;问题:如何给定WB(z)或We(z)? 考虑D(z)的物理可实现性 考虑闭环系统的稳定性(y(k)和u(k)收敛) 考虑满足系统的静态指标的要求:准确性 考虑满足系统的动态指标的要求: (a) 强调调节时间:最小拍控制 (b) 强调超调量:大林算法;5.3 最小拍控制器的设计;1、简单对象最小拍控制器设计 ;典型输入的通用表达式可以写成:;(2)单位速度输入:;于是得到系统误差为:;于是得到:;;最小拍控制系统数字控制器的设计步骤: (1) 根据被控对象的数学模型求出广义对象的脉冲传递函Wd(z)。 (2) 根据输入信号类型,查上表确定偏差脉冲传递函数1-WB(z)。 (3) 将Wd(z)、1-WB(z) 代入 进行变换运算,即可求出数字控制器的脉冲传递函数。 (4) 根据结果,求出输出序列及画出其响应曲线等。 ;例题讲解;解:根据解题步骤: (1) 写出该系统的广义对象脉冲传递函数;(2) 输入 r(t)=t,查表5.1得到: (3) 控制器的脉冲传递函数 ;(4) 当输入为单位速度信号时,系统输出序列的变换 上式中各项系数即为y(t)在各个采样时刻的数值。 ;输入为单位速度信号时,控制信号输出序列U(z).;求U(z):;;单位速度输入时系统控制信号与响应信号;当输入为单位阶跃时:;; 当系统为单位速度输入时,经过两拍以后,输出量完全等于输入采样值,即。但在各采样点之间还存在着一定的偏差,即存在着一定的纹波。 按某种典型输入设计的最小拍系统,当输入形式改变时,系统的性能变坏,输出响应不一定理想。这说明最小拍系统对输入信号的变化适应性较差。;练习:;;;由于;于是得到:;于是,得到结论; 假设广义对象 中有p个不稳定的极点,q个不稳定的零点,纯滞后时间为L,则系统闭环脉冲传递函数WB(z) 的一般形式为:;系数f1~fm+p 可由下列 m+p 个方程联立求解得到:;例5.2:;若对象产生漂移,变为;输出信号发散,系统不稳定。;(2)考虑对象不稳定的极点时,对于单位阶跃输入有;;若对象产生漂移,变为;可知在被控对象参数变化后,闭环系统仍然稳定。;练习:;5.4 最小拍控制器的工程化改进;2、最小拍无纹波控制器的设计;得到:;已经得到:;因此,实现无纹波最小拍控制的条件:; 假设广义对象 中有p个不稳定的极点,n个零点,纯滞后时间为L,则系统闭环脉冲传递函数WB(z) 的一般形式为:;系数f1~fm+p 可由下列 m+p 个方程联立求解得到:;;解:根据解题步骤: (1) 写出该系统的广义对象脉冲传递函数;(2)确定闭环系统脉冲传递函数WB(z);所以有:;系统的控制量与输出量波形:;练习:;3、针对输入信号类型敏感问题的改进;设 是最小拍控制系统的闭环脉冲传递函数,在引入 n 个附加极点因子后,闭环脉冲传递函数为:;于是闭环脉冲传递函数的具体形式为:;;引入附加极点时应遵循的原则:;(3) 应兼顾系统响应的快速性和对输入信号类 型的适应性两个方面的性能。;例题讲解;解: (1)确定广义对象脉冲传递函数。从例5.1已知;;单位阶跃输入时系统控制信号和响应信号:;单位速度输入时系统控制信号与响应信号:;单位加速度输入时系统控制信号与响应信号:; 按阻尼因子法设计,即引入附加极点进行系统改进设计后,系统输出响应的过渡过程时间不再为最少拍,但可以改善系统对输入信号的适应性。;4、针对模型参数变化敏感问题的改进;;解:(1)按照最小拍控制系统的设计原则,设;(2)系统控制序列u(k)和输出序列y(k)为;(3)应用最小拍控制时,被控对象模型发生变化:;原来:;系统控制序列u(k)和输出序列y(k)为:;(4)采用有限拍控制算法进行控制器的设计。;任取;(5)系统控制序列u(k)和输出序列y(k)为;(6)应用有限拍控制时,被控对象模型发生变化的情况。;;;1、大林算法设计原理;大林算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器,使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节,即:;整个系统的闭环脉冲传递函数为:;得到控制器传递函数为:;对象为具有纯滞后的一阶惯性环节时:;;例5.9 已知某控制系统被控对象的传递函数为 采样周期 T=0.5s,试用大林算法设计数字控制器。;求得广义被控对象的脉冲传递函数为:;阶跃输入下系统控制信号序列和阶跃响应序列:;例5.10 被控对象为带有纯滞后的二阶惯性环节 采样周期 T=2s,试用

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