課計算機控制技術(shù)演示文稿

課計算機控制技術(shù)演示文稿第一頁，共二十二頁。（優(yōu)選）課計算機控制技術(shù)第二頁，共二十二頁。第五章計算機控制系統(tǒng)的間接設(shè)計

計算機控制系統(tǒng)設(shè)計主要是設(shè)計數(shù)字控制器，選取和確定控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)使閉環(huán)控制系統(tǒng)性能指標滿足要求。經(jīng)典法間接設(shè)計法（模擬化設(shè)計方法）直接設(shè)計法（數(shù)字化設(shè)計方法）狀態(tài)空間設(shè)計法

第三頁，共二十二頁。5.1離散與連續(xù)等效設(shè)計方法

數(shù)字控制器的間接設(shè)計法是先根據(jù)給定的性能指標及各項參數(shù)，應(yīng)用連續(xù)系統(tǒng)理論的設(shè)計方法設(shè)計模擬控制器，再按照一定的離散化方法將模擬控制器離散化為數(shù)字控制器。這種等效并不是將模擬控制器Gc(s)簡單進行z變換來得到數(shù)字控制器D(z)的，而應(yīng)通過一定離散化方法使二者有近似相同動態(tài)特性和頻率響應(yīng)特性第四頁，共二十二頁。5.1離散與連續(xù)等效設(shè)計方法5.1.1各種離散化方法1.反向差分方法（一階向后差分）即用一階反向差分置換一階導(dǎo)數(shù)向后差分矩型積分方法第五頁，共二十二頁。1.反向差分方法（一階向后差分）5.1離散與連續(xù)等效設(shè)計方法主要特性s平面與z平面的映射關(guān)系穩(wěn)定，則穩(wěn)定。第六頁，共二十二頁。5.1離散與連續(xù)等效設(shè)計方法2.正向差分方法（一階向前差分）即用一階正向差分置換一階導(dǎo)數(shù)向前差分矩型積分方法第七頁，共二十二頁。5.1離散與連續(xù)等效設(shè)計方法2.正向差分方法（一階向前差分）主要特性s平面與z平面的映射關(guān)系

正向差分法有可能將s左半平面的穩(wěn)定極點映射到z平面單位圓外成為不穩(wěn)定極點，實際應(yīng)用中很少采用前向差分法作為離散化方法。第八頁，共二十二頁。5.1離散與連續(xù)等效設(shè)計方法3.雙線性變換方法（Tustin）即梯形面積近似積分梯型積分方法第九頁，共二十二頁。5.1離散與連續(xù)等效設(shè)計方法3.雙線性變換方法（Tustin）主要特性s平面與z平面的映射關(guān)系

雙線性變換法將s平面的穩(wěn)定區(qū)域映射為z平面的單位圓內(nèi)部，雙線性變換法的映射為穩(wěn)定映射。

第十頁，共二十二頁。5.1離散與連續(xù)等效設(shè)計方法3.雙線性變換方法（Tustin）s平面與z平面的頻率特性關(guān)系在采樣頻率較高、低頻段例幅頻特性連續(xù)環(huán)節(jié)離散環(huán)節(jié)雙線性方法工程上應(yīng)用較為普遍，用于底通環(huán)節(jié)的離散化第十一頁，共二十二頁。5.1離散與連續(xù)等效設(shè)計方法4.頻率預(yù)曲雙線性變換方法（修正雙線性變換）雙線性變換間有頻率失真，會使頻率響應(yīng)產(chǎn)生畸變當時，有

頻率預(yù)曲雙線性變換（修正雙線性變換）可以對頻率響應(yīng)產(chǎn)生畸變進行補償。第十二頁，共二十二頁。5.1離散與連續(xù)等效設(shè)計方法修正雙線性變換步驟

將G(s)表示成G(s/n)的形式；用p代替n，對G(s/p)進行雙線性變換或直接：例第十三頁，共二十二頁。零極點匹配映射法（73頁）基本思想：根據(jù)s域與z域的轉(zhuǎn)換關(guān)系z=eTs，可將s平面的零極點直接一一對應(yīng)地映射到z平面上，使數(shù)字控制器的零極點與模擬控制器的零極點完全相匹配。G(s)所有的極點和所有的零點按照z=eTs轉(zhuǎn)換(s+a=z-e-aT無窮遠處的零點配置在z平面的z=-1處，這些零點是(z+1)n-m。單位延時，零點數(shù)比極點數(shù)少1.

調(diào)整離散控制器的增益與連續(xù)控制器的增益一致。對于低通濾波器對于高通濾波器第十四頁，共二十二頁。5.1離散與連續(xù)等效設(shè)計方法(見課本73頁)5.零、極點匹配法零極點按z=eTs匹配無窮遠處的零點配置在z平面的z=-1處增益匹配例第十五頁，共二十二頁。

用各種變換方法得到的等效第十六頁，共二十二頁。5.1離散與連續(xù)等效設(shè)計方法應(yīng)用舉例5.1—天線跟蹤系統(tǒng)設(shè)計其數(shù)字控制器，滿足R(s)Y(s)D(s)設(shè)計連續(xù)控制器第十七頁，共二十二頁。5.1離散與連續(xù)等效設(shè)計方法應(yīng)用舉例5.1—天線跟蹤系統(tǒng)連續(xù)控制器D(s)離散化

選取采樣周期T＝1s，采用零極點匹配方法，進行低頻增益匹配第十八頁，共二十二頁。5.1離散與連續(xù)等效設(shè)計方法應(yīng)用舉例5.1—天線跟蹤系統(tǒng)離散控制系統(tǒng)性能第十九頁，共二十二頁。5.1離散與連續(xù)等效設(shè)計方法應(yīng)用舉例5.2—飛行器縱向控制系統(tǒng)R(s)Y(s)D2(s)D1(s)ZOH0.5飛行器縱向方程舵機結(jié)構(gòu)濾波器62.8rad/s控制器TT=0.025s第二十頁，共二十二頁。5.1離散與連續(xù)等效設(shè)計方法應(yīng)用舉例5.2—飛行器縱向控制系統(tǒng)

控制器結(jié)構(gòu)濾波器在62.8rad/