第5章离散域经典设计.pptVIP

*5.3.3设计举例数字控制器D(w′)设计---利用连续系统控制方法，通过试凑确定超前-滞后环节分子及分母的时间常数和增益。---通过2~3次修正，最后取检查加入控制器时系统开环频率特性。--加入控制器后的开环传递函数为图5-23校正网络的对数频率特性*5.3.3设计举例在w′域检查开环稳定裕度注意上述两个频率均为虚拟频率，真实频率可求得为(3)获取z平面的控制器D(z)进行w′反变换图5-24校正后开环频率特性*5.3.3设计举例控制器的稳态增益静态设计时要求最终z平面的控制器D(z)应增大稳态增益1.25倍：(4)进行闭环系统仿真ts0.6ess=0.2图5-25图5-26*5.4解析设计方法本节主要内容5.4.1解析设计法概念5.4.2纯滞后系统数字控制器设计--大林算法*5.4.1解析设计法概念解析设计方法的基本思想是，根据对闭环系统的性能要求，首先构造一个期望的闭环传递函数，并由此依据闭环系统的结构图，基于数学关系，解析地求得所需的控制器.系统闭环传递函数：若已知期望闭环传递函数Φ(z)及G(z),由该式即可确定期望的控制器。解析设计的主要问题是，如何确定期望的闭环传递函数Φ(z)。Φ(z)应是物理可实现的，它又必须具有系统所期望的时域或频域特性，根据这些要求便可确定期望的闭环传递函数。图5-27单位反馈闭环控制系统*5.4.2大林算法大林算法是解决被控过程含有较大纯时间滞后系统控制器设计的方法。以此算法为例说明解析方法概念。1大林算法一般工业过程通常可以下述用1、2阶惯性环节表示：大林算法的目标是使整个闭环系统的期望传递函数为下述传递函数:闭环系统时间常数，由设计者确定(纯滞后时间)*5.4.2大林算法在离散域，期望传递函数可以通过带零阶保持器的z变换方法离散求得(认为指令信号是通过零阶保持器加入到系统)：依解析设计方法控制器可直接求得为：一阶被控对象传递函数脉冲传递函数为：*5.4.2大林算法控制器可求得为:大林算法二阶被控对象传递函数时,可求得类似结果。*5.4.2大林算法2关于大林算法的振铃现象振铃现象就是控制器输出产生频率为的大幅度摆动。摆动是衰减的,频率较高,对系统输出并没有影响。直接作用于执行机构，增大执行机构的磨损，应设法消除.1)大林算法的振铃现象分析系统输出与控制器输出关系系统输出与输入关系闭环状态下控制器输出与输入函数的关系它决定了闭环控制时，控制器输出特性，如果它有在负实轴上的极点，就会产生振荡*5.4.2大林算法a)若被控对象为带延迟的一阶惯性环节,可得极点为，永远大于零，位于正实轴，可知控制器输出单调衰减，控制器输出不会产生振铃现象。b)若被控对象为带延迟的二阶惯性环节时,可得永为正极点，不会引起振铃。由表达式可见，当采样周期T趋于零时说明可能有位于与z=-1相近的极点引起振铃现象。*5.4.2大林算法2)消除振铃现象的方法第一种方法:找到引起振铃现象的极点因式，令其中的z=1，消除了该极点，又保持稳态值不变.如(b1+b2z-1)易引起振铃,故令其中z=1,变为常数(b1+b2)。可保持稳态值不变，但会改变系统动态特性.第二种方法:从保证系统动态特性出发，选择合适的闭环时间常数及采样周期，使数字控制器不产生强烈的振铃现象。例5-7已知工业过程的开环传递函数为试按大林算法求取控制器。设采样周期T=30s闭环期望传递函数为*5.4.2大林算法解因τ=T=30s，n=1通常PI算法通常PI算法大林算法图5-28仿真结果*本章小结离散域设计是依据给定的性能指标，直接在离散域设计控制器.将允许使用较大的采样周期。本章首先详细地讨论了离散域系统性能指标的表示方法。利用z平面根轨迹设计控制器是常用方法.本章特别说明了在z平面利用根轨迹设计时应注意的问题。由于z平面频率特性的特点，直接在z平面利用频域进行设计较为困难。本章重点介绍了w′变换，说明了在w′平面进行频域设计的方法与步骤。应重点了解和掌握w′变换的具体方法以及它的主要