數(shù)字控制器的連續(xù)化設計方法學習教案

1、會計學1數(shù)字數(shù)字(shz)控制器的連續(xù)化設計方法控制器的連續(xù)化設計方法第一頁，共78頁。第1頁/共78頁第二頁，共78頁。第2頁/共78頁第三頁，共78頁。第3頁/共78頁第四頁，共78頁。第4頁/共78頁第五頁，共78頁。第5頁/共78頁第六頁，共78頁。第6頁/共78頁第七頁，共78頁。第7頁/共78頁第八頁，共78頁。前向差分法還可通過數(shù)值微分計算(j sun)得到：第8頁/共78頁第九頁，共78頁。第9頁/共78頁第十頁，共78頁。第10頁/共78頁第十一頁，共78頁。二、零階保持器法零階保持器法的基本思想是：離散近似后的數(shù)字控制器的階躍響應序列，必須與模擬調節(jié)器的階躍響應的采樣值相等

2、，因此又稱為階躍響應不變法。這種方法就是在模擬調節(jié)器前面，串聯(lián)一個零階保持器，最后進行Z變換(binhun)，得到數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)。第11頁/共78頁第十二頁，共78頁。第12頁/共78頁第十三頁，共78頁。第13頁/共78頁第十四頁，共78頁。第14頁/共78頁第十五頁，共78頁。第15頁/共78頁第十六頁，共78頁。第16頁/共78頁第十七頁，共78頁。第17頁/共78頁第十八頁，共78頁。第18頁/共78頁第十九頁，共78頁。第19頁/共78頁第二十頁，共78頁。第20頁/共78頁第二十一頁，共78頁。量振蕩，甚至導致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定第21頁/共78頁第二十二頁，共78頁。積分控制

3、規(guī)律為：只要偏差不為零，積分環(huán)節(jié)就會累積偏差，影響控制量u，并減小偏差。直到偏差為零，控制作用不在變化(binhu)，系統(tǒng)才能達到穩(wěn)態(tài)。因此積分作用能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差。但是積分作用的動作比較緩慢，而且在偏差剛出現(xiàn)時，調節(jié)作用很弱，不能及時克服擾動的影響，使動態(tài)偏差增大，調節(jié)過程延長，因此很少單獨使用。把比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)結合起來，就構成比例積分調節(jié)器，其調節(jié)規(guī)律為：第22頁/共78頁第二十三頁，共78頁?？刂七^程的動態(tài)品質。第23頁/共78頁第二十四頁，共78頁。第24頁/共78頁第二十五頁，共78頁。能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。為此，需要加入積分環(huán)節(jié)，構成比例積分微分（PID）調節(jié)器。第25頁/共7

4、8頁第二十六頁，共78頁。第26頁/共78頁第二十七頁，共78頁。第27頁/共78頁第二十八頁，共78頁。第28頁/共78頁第二十九頁，共78頁。第29頁/共78頁第三十頁，共78頁。第30頁/共78頁第三十一頁，共78頁。第31頁/共78頁第三十二頁，共78頁。第32頁/共78頁第三十三頁，共78頁。第33頁/共78頁第三十四頁，共78頁。第34頁/共78頁第三十五頁，共78頁。第35頁/共78頁第三十六頁，共78頁。第36頁/共78頁第三十七頁，共78頁。這種由于計算機取整而產(chǎn)生的積分項輸出誤差(wch)稱為積分整量化誤差(wch)，計算機字長的限制是產(chǎn)生整量化誤差(wch)的原因。第37

5、頁/共78頁第三十八頁，共78頁?；鶖?shù)值。這種改進的PID控制算法稱為(chn wi)防止積分整量化誤差的PID控制算法。第38頁/共78頁第三十九頁，共78頁。第39頁/共78頁第四十頁，共78頁。第40頁/共78頁第四十一頁，共78頁。第41頁/共78頁第四十二頁，共78頁。kiDIpkekekiekkekku0) 1()()()()(第42頁/共78頁第四十三頁，共78頁。第43頁/共78頁第四十四頁，共78頁。kiDIpkekekiekkekku0) 1()()()()(0)/()(1ABkeB時時時BkeBkeAAke)()()(第44頁/共78頁第四十五頁，共78頁。第45頁/共7

6、8頁第四十六頁，共78頁。第46頁/共78頁第四十七頁，共78頁。)11()()()(sTsTksEsUsDDIp)111 ()()()(sTsTsTksEsUsDfDIp第47頁/共78頁第四十八頁，共78頁。(a ) 完全微分完全微分0 1 2 3 4 5 6NTu(k)積分比例(b ) 不完全微分不完全微分0 1 2 3 4 5 6NTu(k)積分比例圖4.17 單位階躍作用下PID控制的輸出特性第48頁/共78頁第四十九頁，共78頁。r(t) + - y(t)u(t)e(t)圖4.18 被控量微分先行)11 (sTkIpsTsTDD11第49頁/共78頁第五十頁，共78頁。y(t)r(

7、t) + -u(t)e(t)圖4.19 偏差微分先行)11 (sTkIpsTsTDD11第50頁/共78頁第五十一頁，共78頁。偏差微分先行的不同之處在于，對偏差進行(jnxng)微分控制后，才進行(jnxng)PI調節(jié)。這種算法適用于串級控制的副回路，因為給定值由主回路提供，所以對被控量和給定值都應進行(jnxng)微分處理。 第51頁/共78頁第五十二頁，共78頁。一 階 滯 后濾波PID控制器受控對象r +-yeecu圖4.20 前置濾波的PID控制器的系統(tǒng)框圖第52頁/共78頁第五十三頁，共78頁。死區(qū)環(huán)節(jié)PID控制器eecu圖4.21 帶死區(qū)的PID控制器結構0)()(kekecBk

8、eBke)()(當當 第53頁/共78頁第五十四頁，共78頁。第54頁/共78頁第五十五頁，共78頁。第55頁/共78頁第五十六頁，共78頁。max2sTmax2s第56頁/共78頁第五十七頁，共78頁。第57頁/共78頁第五十八頁，共78頁。小一點(y din)；反之可以選擇大點的采樣周期第58頁/共78頁第五十九頁，共78頁。第59頁/共78頁第六十頁，共78頁。質量n控制精度越高，采樣周期越小，以減小系統(tǒng)(xtng)的純滯后。第60頁/共78頁第六十一頁，共78頁。tyTg(a) 單容過程 T0.1 TgtyTe(b) 振蕩過程 T0.1 Tety(c) 滯后過程 T0.25圖4.24

9、不同過程采樣周期的經(jīng)驗選擇范圍 第61頁/共78頁第六十二頁，共78頁。第62頁/共78頁第六十三頁，共78頁。第63頁/共78頁第六十四頁，共78頁。2020min( )min( )De t dte t dtA實際應用實際應用(yngyng)中并不需要計算出兩個誤差的平方積分中并不需要計算出兩個誤差的平方積分，控制度僅表示控制效果的物理概念。例如，當控制度為時，控制度僅表示控制效果的物理概念。例如，當控制度為時，就是指，就是指DDC控制與模擬控制效果基本相同；控制度為時控制與模擬控制效果基本相同；控制度為時，是指，是指DDC控制比模擬控制效果差?？刂票饶M控制效果差。第64頁/共78頁第六十

10、五頁，共78頁。第65頁/共78頁第六十六頁，共78頁。第66頁/共78頁第六十七頁，共78頁。Tpty0 廣義對象廣義對象(duxing)的階躍飛升特性曲線的階躍飛升特性曲線第67頁/共78頁第六十八頁，共78頁。) 2() 1()()(210keakeakeakuTTTTkaDIp10TTkaDp211TTkaDp2第68頁/共78頁第六十九頁，共78頁。第69頁/共78頁第七十頁，共78頁。第70頁/共78頁第七十一頁，共78頁。D(s)Gp(s)r(t) + -+-+-u(t)y(t)圖4.26 帶Smith預估器的控制系統(tǒng)spesG)(seSmith預估(y )器 第71頁/共78頁第七十二頁，共78頁。)1)()(1)()(spesGsDsDsDsppspspesGsDsGsDesGsDesGsDs)()(1)()()()(1)()()(第72頁/共78頁第七十三頁，共78頁。第73頁/共78頁第七十四頁，共78頁。圖4.27 帶Smith預估器的PID數(shù)字控制系統(tǒng)e(t)r(t) + -+-u(k)y(t)PIDe (k)ec(k)c(k)第74頁/共78頁第七十五頁，共