第章+數(shù)字控制器

第8章數(shù)字控制器設(shè)計(jì)8.1概述8.2數(shù)字PID控制器PID模擬控制器及離散化PID控制器算法的幾種改進(jìn)形式PID控制器的參數(shù)整定8.3直接數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法8.4純滯后對(duì)象控制器的設(shè)計(jì)8.5數(shù)字控制器的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)代替了傳統(tǒng)的模擬調(diào)節(jié)器，成為系統(tǒng)的數(shù)字控制器。它可以通過(guò)執(zhí)行按一定算法編寫的程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制和調(diào)節(jié)。由于控制系統(tǒng)中的被控對(duì)象一般多為模擬裝置，具有連續(xù)的特性，而計(jì)算機(jī)卻是一種數(shù)字裝置，具有離散的特性，因此計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)既有連續(xù)部分，又有離散部分的混合系統(tǒng)。8.1概述在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，數(shù)字控制器通常采用兩種等效的設(shè)計(jì)方法。一種方法是，在一定的條件下，將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)近似地看成是一個(gè)連續(xù)變化的模擬系統(tǒng)，用模擬系統(tǒng)的理論和方法進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，得到模擬控制器，然后再將模擬控制器進(jìn)行離散化，得到數(shù)字控制器。這種設(shè)計(jì)方法稱為連續(xù)化設(shè)計(jì)方法。 另一種是假定對(duì)象本身就是離散化模型或者用離散化模型表示的連續(xù)對(duì)象，再把計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q，變成純粹的離散系統(tǒng)，然后以Z變換為工具進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，這種方法稱為離散化設(shè)計(jì)方法，也叫直接設(shè)計(jì)法；概述PID調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)節(jié)方式。PID調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)是根據(jù)輸入的偏差值，按比例P、積分I、微分D的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果用于輸出控制。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)具體情況，可以靈活地改變PID的結(jié)構(gòu)，取其一部分進(jìn)行控制。8.2數(shù)字PID控制器

在模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，PID控制算法的模擬表達(dá)式為：式中：y(t)——調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)；e(t)——調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)，它等于給定值與測(cè)量值之差；KP——調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；TI——調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間；TD——調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間。

1、模擬PID算法表達(dá)式(8-1)8.2.1PID控制器的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)

PID控制系統(tǒng)框圖2、數(shù)字PID算法表達(dá)式對(duì)式（8-1）進(jìn)行離散化處理，用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，則積分項(xiàng)和微分項(xiàng)可用求和及增量式表示：（8-2）（8-3）

（1）位置型PID控制算式將式（8-2）和式（8-3）代入式（8-1），則可得離散的PID表達(dá)式（8-4）式中Δt=T----采樣周期，必須使T足夠?。籯----采樣序號(hào)，k=0，1，2….E（k）、E(k-1)----第k次和第（k-1）次采樣時(shí)的偏差值U（k）----第k次采樣時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出

（2）增量型PID控制算式式（8-4）不僅計(jì)算繁瑣，而且為保存E（j）要占用很多內(nèi)存。因此，用該式直接進(jìn)行控制很不方便。做如下改動(dòng)，根據(jù)遞推原理，可寫出（k-1）次的PID輸出表達(dá)式：

用式（8-4）減去式（8-5），可得：

（8-6）式中KI=KPT/TI----積分系數(shù)KD=KPTD/T----微分系數(shù)（8-5）由（8-6）可知，要計(jì)算k次輸出值U(k)，只需知道U(k-1)，E(k-1)，E(k-2)即可。在很多控制系統(tǒng)中，控制機(jī)構(gòu)采用的是步進(jìn)電機(jī)或多圈電位器，所以只要給出一個(gè)增量信號(hào)即可。式（8-4）與式（9-5）相減得：（8-7）式中KP、KD同式（8-6）。

式（8-7）叫增量型PID控制算式。增量己式PI圾D算法陰只需低保持意當(dāng)前雕時(shí)刻情以前白三個(gè)駛時(shí)刻纏的誤票差即波可。率它與毫位置藍(lán)式PI板D相比葉，有下峽列優(yōu)漲點(diǎn)：（1箏）位置沫式PI義D算法繡每次輝輸出搞與整冒個(gè)過(guò)壇去狀騎態(tài)有駱關(guān)，遇計(jì)算踏式中餡要用蹈到過(guò)象去誤慶差的漂累加蔥值，值因此苗，容襲易產(chǎn)惜生較服大的蝴累積港計(jì)算躁誤差貍。而乏增量周式PI花D只需掠計(jì)算畏增量跟，計(jì)丑算誤蛙差或飲精度遇不足同時(shí)對(duì)須控制租量的嫁計(jì)算賢影響此較小古。（2?。┛刂菩祻氖忠鈩?dòng)切瞇換到脫自動(dòng)派時(shí)，塞位置伙式PI西D算法照必須螺先將貧計(jì)算喚機(jī)的理輸出客值置討為原哥始閥娃門開蹄時(shí)，配才能糕保證允無(wú)沖肆擊切批換。抖若采胖用增假量算皺法，嗓與原求始值已無(wú)關(guān)賤，易榆于實(shí)變現(xiàn)手夕動(dòng)到曬自動(dòng)付的無(wú)壟沖擊儉切換低。缺點(diǎn)辟：１）肌積分秀截?cái)嗍Ｐ?yīng)斬大，鼓有靜影態(tài)誤玩差２）落溢出盆影響桶大在實(shí)插際應(yīng)鞏用中赴，應(yīng)流根據(jù)圖被控?cái)貙?duì)象亭的實(shí)頸際情夸況加命以選宇擇。一般宗認(rèn)為蔥，在百以晶親閘管貧或伺鞋服電引機(jī)作獎(jiǎng)為執(zhí)拋行器近件，漁或?qū)y(tǒng)控制譜精度扮要求個(gè)較高柄的系榴統(tǒng)中饑，應(yīng)招當(dāng)采潔用位勇置型詞算法批；而送在以稱步進(jìn)看電機(jī)洞或多泥圈電裳位器添作執(zhí)逆行器蔑件的望系統(tǒng)瞧中，援則應(yīng)奪采用剖增量灰式算歌法。如果鄙單純回用前涂面介頑紹的內(nèi)數(shù)字勞PI藝D控記制器兼模仿閉模擬嚼調(diào)節(jié)牙器，余其實(shí)揭際控減制效串果并幟不理爭(zhēng)想。譽(yù)因此略必須悠發(fā)揮脂計(jì)算計(jì)機(jī)運(yùn)評(píng)算速擴(kuò)度快亦、邏舅輯判甩斷功壺能強(qiáng)映、編悟程靈話活等包優(yōu)勢(shì)終，對(duì)蕉PI鋤D算殖式進(jìn)純行適葬當(dāng)?shù)睦迅倪M(jìn)伍，從蘿而提栗高控蚊制質(zhì)裝量。數(shù)字聽PI罰D控蘋制器艱算法光的幾奪種改謎進(jìn)形釣式1邁抑制攔積分碎飽和航的P僑ID均算法（1獅）.攔積分秩飽和慎的原故因及辣影響在一秋個(gè)實(shí)習(xí)際的梳控制唉系統(tǒng)甩中，隔因受毅電路辨或執(zhí)積行元此件的秋物理巧和機(jī)券械性脂能的露約束亂(如偏放大需器的間飽和俗、電貫機(jī)的廉最大霉轉(zhuǎn)速淋、閥礦門的剖最大喘開度蓋等)押，控蜻制量鑄及其鵲變化秧率往嘉往被也限制勁在一模個(gè)有局限的咐范圍禾內(nèi)。逮當(dāng)計(jì)肚算機(jī)虛輸出裂的控秧制量皇或其拜變化中率在為這個(gè)爛范圍搞內(nèi)時(shí)壟，控店制則弓可按夠預(yù)期緊的結(jié)未果進(jìn)飄行，位一旦蕩超出兇限制芳范圍宴，則基實(shí)際柜執(zhí)行戀的控荒制量拜就不積再是菠計(jì)算述值，居而是統(tǒng)系統(tǒng)異執(zhí)行清機(jī)構(gòu)似的飽尋和臨似界值壓，從竄而引舌起不提希望控的效確應(yīng)。在數(shù)職字P閉ID議控制杏系統(tǒng)斑中，勿當(dāng)系服統(tǒng)啟花動(dòng)、懲停止殖或大機(jī)幅度棗改變監(jiān)給定咸值時(shí)老，系誕統(tǒng)輸葛出會(huì)蓮出現(xiàn)陡較大墳的偏肝差，氧經(jīng)過(guò)廈積分先項(xiàng)累削積后鞭，可厚能使渡控制揉量u(k)>uma怖x或u(k)<umi喜n，即納超出喜執(zhí)行園機(jī)構(gòu)蓄由機(jī)誘械或譯物理喂性能悄所決碎定的絞極限務(wù)。此原時(shí)，肝控制稱量不糖能真纖正取堂得計(jì)掉算值格，而墻只能艱取uma雷x或umi籌n，從寫而影礙響控起制效賓果。赴這種俊情況倚主要握是由坐于積意分項(xiàng)蛙的存倍在，廉引起打了P席ID焦運(yùn)算陪的“房誠(chéng)飽和連”，卵因此馬將它及稱為占“積授分飽犯和”方。積分籌飽和班作用脅使系恐統(tǒng)的銀超調(diào)玻增大熊，從馬而使究系統(tǒng)您的調(diào)話整時(shí)盾間加反長(zhǎng)。這種鋪情況鴉在溫喝度、寧液面勿等緩飛慢變障化過(guò)擊程中狹影響現(xiàn)尤為藥嚴(yán)重述。（2殖）.租積分牛飽和吳的防悉止方門法防止棟積分撫飽和擴(kuò)的方秩法有迎多種偵，這和里介項(xiàng)紹兩與種常淚用的秘方法紗：積分秤分離撒法和遇限伐削弱艇積分割法。1)飼積分咸分離師法積分另分離婦法的饞基本絞思想助是，后當(dāng)偏協(xié)差大時(shí)于某帳個(gè)規(guī)兔定的貪門限愿值時(shí)花，取副消積憶分作完用，津從而允使積兼分不內(nèi)至于票過(guò)大掩。只遺有當(dāng)e(k)較地小時(shí)裳，才盞引入球積分瞞作用嚼，以章消除勾靜差搜。這雖樣控輝制量豈不易頑進(jìn)入謹(jǐn)飽和友區(qū)；品即使楚進(jìn)入耀了飽匹和區(qū)江，也弊能較搶快退過(guò)出，脫所以默能使助系統(tǒng)攔的輸綿出特耽性得冷到改掀善。其算伯法是助將式奸(8賄―4胞)改泡寫成駝式中優(yōu)，KL稱為巖邏輯偷系數(shù)1當(dāng)|e(k)|≤ε時(shí)，采用PID控制0當(dāng)|e(k)|＞ε時(shí)，采用PD控制KL=ε為e(k)的儉門限榆值，胖其值辯的選財(cái)取對(duì)軌克服恒積分道飽和扁有重跪要影仍響，追一般冊(cè)應(yīng)通機(jī)過(guò)實(shí)句驗(yàn)整露定。泄積分闊分離撇法算皮法的怖框圖垂及控混制效眉果分什別如景圖所走示。（9序-8冊(cè)）積分倘分離航PI嶄D算足法框父圖積分帆分離基PI戰(zhàn)D控云制效側(cè)果2)泳遇突限削著弱積魯分法遇限杏削弱死積分耽法的煩基本客思想渴是，賀當(dāng)控哭制量屋進(jìn)入意飽和閣區(qū)后攜，只界執(zhí)行宜削弱巡壽積分樹項(xiàng)的槐累加縮慧，而鎮(zhèn)不進(jìn)肆行增快大積京分項(xiàng)術(shù)的累顏加。慚即計(jì)用算u(k)時(shí)熟，先館判斷u(k-1倍)是勢(shì)否超淘過(guò)限廈制范牛圍，壟若已丙超過(guò)uma貧x，則毒只累酬計(jì)負(fù)真偏差道；若戲小于umi曲n，則沫只累狠計(jì)正耀偏差旬，這友種方壁法也么可以喉避免今控制女量長(zhǎng)嫩期停孕留在束飽和忍區(qū)。3)顆變白速積店分它的激基本科思想嫌是，昂改變毯積分番項(xiàng)的君累加胸速度鹽，使婆其與意偏差隔大小職相對(duì)盒應(yīng)，株即偏繞差越槽大，忙積分廈越慢閉，以窗致減勵(lì)弱到甜全無(wú)頃；偏謊差越醬小，賽則積僵分越捏快，悶以利閣于消卵除靜留差。2.爸抑制憐微分魔沖擊臣的P紡ID斯控制春算法（1牲）微較分沖克擊的封原因叉及其敬影響微分私作用孫有助熟于減年小超嚷調(diào)，完克服速振蕩壘，使憂系統(tǒng)市趨于役穩(wěn)定雕，同跟時(shí)加胖快系派統(tǒng)動(dòng)史作速喪度，宜減小搞調(diào)整痛時(shí)間罩，有異利于四改善隸系統(tǒng)紹的動(dòng)伐態(tài)特貴性。煮但當(dāng)寫給定肯值頻踏繁升顧降時(shí)燒，通賢過(guò)微豆分造閘成控身制量汽u的夫頻繁怎升降舅，使袖系統(tǒng)貼產(chǎn)生吳劇烈統(tǒng)的超刑調(diào)和藥振蕩卵，對(duì)煌系統(tǒng)違產(chǎn)生喉較大屯的沖割擊，賺即所陸謂的勸微分司沖擊襖。微袋分沖愧擊可等以發(fā)筒生飽蕩和，漫當(dāng)系早統(tǒng)受剝到高若頻噪類聲干島擾時(shí)奪，甚儲(chǔ)至?xí)绞箞?zhí)廟行機(jī)牧構(gòu)被寨卡死貢。1）刷不完森全微孕分法在標(biāo)概準(zhǔn)P饒ID狀算法傍中，厲當(dāng)有者階躍會(huì)信號(hào)徒輸入望時(shí)，碼微分凡項(xiàng)輸想出急翼劇增奔加，擁控制陳系統(tǒng)講很容聲易產(chǎn)灑生振雷蕩，貸導(dǎo)致途調(diào)節(jié)照品質(zhì)高下降食。為紛了既沈克服培這一害缺點(diǎn)層，又秩使微壘分作踩用有枕效，抽可以漏采用徐不完市全微攻分的騾PI私D算任法。其基申本思附想是，仿已照模鴿擬調(diào)悼節(jié)器業(yè)的實(shí)勉際微燙分調(diào)陜節(jié)器院，加等入慣雖性環(huán)挺節(jié)，帽以克螺服完須全微闖分的砌缺點(diǎn)充。該應(yīng)算法焰的傳注遞函森數(shù)表精達(dá)式囑為下式中深，KD稱為庫(kù)微分理增益墨。推導(dǎo)升得不糊完全旺微分矮的P堵ID沸位置卷算式摸為:其中圈:它與勺理想輩的P具ID駐算式跨相比然，多時(shí)了一章項(xiàng)(k―1荷)次族采樣拾的微嶼分輸承出量αuD(k-1待)。在單壩位階從躍信幣號(hào)作示用下翁，完汁全微探分與陶不完猶全微勢(shì)分兩赴者的扛控制束作用箱完全令不同膠，其惱輸出他特性賣的差蓄異如態(tài)圖所拆示。（9枝-9棒）兩種繁微分揮作用笨的比拖較由于藥完全倆微分扭對(duì)階毀躍信噴號(hào)會(huì)上產(chǎn)生果一個(gè)臣幅度得很大魔的輸根出信挽號(hào)，揭并且賊在一京個(gè)周掌期內(nèi)反急劇忙下降搖為零材，信議號(hào)變膏化劇蒸烈，邊因而架容易肌引起付系統(tǒng)乘振蕩眾；而味不完漲全微顏分的襯PI轎D控唇制中剛，其群微分百作用設(shè)按指擋數(shù)規(guī)帖律逐許漸衰瘋減到肚零，角可以炎延續(xù)變多個(gè)仗周期催，因捷而系肝統(tǒng)變艱化比舒較緩畢慢，芽故不音易引戀起振司蕩。范其延途續(xù)時(shí)模間的獸長(zhǎng)短稻與KD的選竟取有川關(guān)，KD愈大郵延續(xù)小時(shí)間度愈短王，KD愈小判延續(xù)浙時(shí)間饅愈長(zhǎng)郊，一攝般KD取1香0～撓30缸左右朗。從團(tuán)改善扇系統(tǒng)尖動(dòng)態(tài)謎性能啟的角更度看和，不基完全掙微分閥的P扔ID斜算式至控制許效果棒更好輝。2）途微懷分先姑行P暖ID決算法微分仿先行竿PI袍D算海法是濟(jì)將微沉分運(yùn)縮慧算放妻在前毛面，灑它有坐兩種賀結(jié)構(gòu)并：一換種是彩對(duì)輸饒出量瓣的微堅(jiān)分，扣另一董種是竄對(duì)偏券差的燭微分藥。微分批先行送PI行D控勁制結(jié)再構(gòu)框醫(yī)圖在第刑一種撥結(jié)構(gòu)含中，介只對(duì)狠輸出巾量y(t)進(jìn)灶行微速分，印不對(duì)如偏差e(t)微棟分，箏也就出是說(shuō)岔對(duì)給賓定值r(t)無(wú)邪微分概作用爆。它撿適用擱于給役定量墻頻繁綢升降黑的場(chǎng)編合，軌可以松避免丟升降喪給定敞值時(shí)勵(lì)給系橫統(tǒng)帶攜來(lái)的焦沖擊偶，如親超調(diào)低量過(guò)雹大，嚼調(diào)節(jié)知閥劇嶄烈振怖蕩等慣。后一嫩種結(jié)看構(gòu)是雅對(duì)偏珠差值善先行赤微分仁，它婦對(duì)給晴定值偵和偏工差值希都有綁微分概作用廳，適扣用于轟串級(jí)宇控制起的副能控回追路。滋因?yàn)橛案笨厝杌芈芳Z的給潛定值專是由常主控較調(diào)節(jié)危器給守定的賀，也錘應(yīng)該廟對(duì)其字作微緣瑞分處遺理，鬼因此廊應(yīng)該已在副膨控回楊路中絞采用度偏差博微分乘PI型D控頁(yè)制。3）帶死尊區(qū)的令PID控制在計(jì)倆算機(jī)丑控制作系統(tǒng)駐中，狡某些屯系統(tǒng)丈為了副避免招控制躍動(dòng)作濕過(guò)于崗頻繁芽，以扮消除巷由于扁頻繁瘋動(dòng)作猾引起絹的振糖蕩，凱有時(shí)幣采用究所謂白帶有想死區(qū)竹的P濫ID控制支系統(tǒng)苦。|r(k)-y(k)|嚷=|e(k)|刊＞ε|r(k)-y(k)|神=|e(k)|魂≤ε其相盆應(yīng)算喚式為死區(qū)ε是一繪個(gè)可產(chǎn)調(diào)參效數(shù)，潛其具該體數(shù)釣值可測(cè)根據(jù)迅實(shí)際獎(jiǎng)控制固對(duì)象拒由實(shí)以驗(yàn)確聽定。萄如果ε值取排得太川小，終使調(diào)買節(jié)過(guò)牛于頻腦繁，來(lái)達(dá)不磁到穩(wěn)鉆定被評(píng)調(diào)對(duì)蠶象的沈目的填；如咱果ε值取粗得太苗大，昆則系厘統(tǒng)將蠅產(chǎn)生泉很大咳的滯眉后；治當(dāng)ε=0凍時(shí)，可即為侍常規(guī)軋PID控制伐。該系弱統(tǒng)實(shí)旋際上奏是一蹲個(gè)非火線性系系統(tǒng)礦，即課當(dāng)偏霸差的衰絕對(duì)鋸值|e(k)|炭≤ε時(shí)，P(k)為榮0；幕當(dāng)偏犁差的末絕對(duì)巴值|e(k)|交＞ε時(shí)，P(k)=e(k)，籍輸出得值u(k)為竿PID運(yùn)算遮結(jié)果印。4）提高阻控制晉速度爛的P撕ID鋪算法菜—砰倒砰(姐Ba敬ng鋼—b包an應(yīng)g)匠控制砰砰辭(B拐an繁g—懷ba件ng引)控捎制是爆一種汽時(shí)間偉最優(yōu)遵控制月，又親稱快桌速控吹制法恐。它完的輸牛出只超有開驚和關(guān)救兩種旗狀態(tài)辱。α是撞一個(gè)猜可調(diào)肉參數(shù)量，α切取得旱小，拐砰砰暴控制集范圍信大，鼻過(guò)渡符過(guò)程貌時(shí)間把短，拜但超障調(diào)量車可能里變大麗；α智取得禾大，挨則情鑄況相桶反。蒼控制叼時(shí)，積當(dāng)E披(k跳)章＞α吵時(shí)，捕控制冷量取債與偏孤差同比符號(hào)瘡的最耍大值騎或最啟小值躬，因浴此當(dāng)宣偏差燦較大拒時(shí)，既該最孕大的糕控制毒量將秀使偏雪差迅后速減兩小，助可以舅使過(guò)供渡過(guò)蠟程加胡速。在工槳業(yè)控蠶制應(yīng)傘用中帶，最嘉有發(fā)禍展前漠途的盲是B仇an懶g(shù)飯Ba偶ng匙控制犯與反丈饋控溉制相誼結(jié)合炸的系動(dòng)統(tǒng)，怕這種蓄控制腔方式嶄在給折定值毒升降途時(shí)特宮別有皆效，馬具體衛(wèi)形式侮為＞α膨B武an蜓g農(nóng)Ba沸ng削控制蒜|e(k)|步=|r(k)-y(k)|≤α求P灶I(lǐng)D掀控制時(shí)間宰最優(yōu)煮位置躬隨動(dòng)內(nèi)系統(tǒng)博，從片理論類上講貞應(yīng)采壟用B煌an牽g累Ba牙ng娘控制沸，但染Ba近ng波B害an培g控濁制很土難保核證足宮夠高咱的定利位精花度，襯因此斗對(duì)于愚高精國(guó)度的盈快速婚伺服者系統(tǒng)礎(chǔ)，宜怪采用線Ba植ng支B拳an啄g控早制和畫線性樓控制坑相結(jié)栗合的喪方式繁，在始定位銷線性遠(yuǎn)控制甲段采愚用數(shù)謀字PID控制羊就是金可選茄的方暑案之券一。8.捕2.碧3亂PI思D控扮制器示的參六數(shù)整另定在數(shù)籠字控胡制系志統(tǒng)中乞，參傘數(shù)的掉整定艘是十僚分重溜要的臺(tái)，其湊好壞到直接鍬影響繞調(diào)節(jié)融品質(zhì)桂。由意于一暈般的殘生產(chǎn)綢過(guò)程蟲都具湖有較漲大的夠時(shí)間桶常數(shù)慌，而仿數(shù)字曬控制久系統(tǒng)慕的采裳樣周陰期則制要小堵得多膨，因蓄此數(shù)煉字PID調(diào)節(jié)龜器的鐘參數(shù)糞整定盆，完廉全可辣以按減照模恭擬調(diào)希節(jié)器芳的各鉆種參孤數(shù)整碑定方彩法進(jìn)廣行分樓析和憲綜合蘆。但更除了若比例抹系數(shù)KP，積傭分時(shí)超間常膀數(shù)TI和微善分時(shí)誓間常哨數(shù)TD外，年采樣即周期T也是擺數(shù)字取控制澆系統(tǒng)央要合鈔理選嫂擇的遵一個(gè)版重要剖參數(shù)杏。1蕉采樣與周期T的選羞擇原堪則采樣綠周期T在計(jì)才算機(jī)嘗控制構(gòu)系統(tǒng)煤中是墨一個(gè)叮重要網(wǎng)參量顏，必謊須根罪據(jù)具柏體情孝況來(lái)仍選擇醋。由香填農(nóng)(棄Sh閣an砌no嫂n)敏采樣鋸定理桂可知闊，當(dāng)煙采樣飲頻率朽的上回限為fs≥2fma稿x時(shí)，fma章x是被桿采樣身信號(hào)捧的最疤高頻愧率，芒系統(tǒng)秒可真跑實(shí)地腰恢復(fù)烈到原把來(lái)的夸連續(xù)嗎信號(hào)酒。從理刺論上菌講，帳采樣唉頻率贈(zèng)越高紛，失端真越吳小。勵(lì)但從頭控制辱器本優(yōu)身而侍言，碌大都啦依靠涌偏差釣信號(hào)E(惕k)進(jìn)行舟調(diào)節(jié)拌計(jì)算純。當(dāng)籠采樣西周期槳T太攤小時(shí)渾，偏斯差信烈號(hào)E(勸k)也會(huì)膽過(guò)小槐，此務(wù)時(shí)計(jì)侄算機(jī)狂將會(huì)夸失去胖調(diào)節(jié)羨作用趨。采值樣周天期T竿過(guò)長(zhǎng)晃又會(huì)某引起跌誤差綱。因劃此采電樣周搶期T熔必須主綜合費(fèi)考慮材，在原工程語(yǔ)上主韻要采章用經(jīng)術(shù)驗(yàn)法賊。表8全―1斜采優(yōu)樣周檢期T的經(jīng)笨驗(yàn)數(shù)墾據(jù)上表擺列出叫了幾名種常瓶見(jiàn)的鋤被測(cè)漢參數(shù)扎的采命樣周質(zhì)期T的經(jīng)鈔驗(yàn)選閑擇數(shù)市據(jù)，防可供距設(shè)計(jì)鈔時(shí)參繁考。暴由于另生產(chǎn)項(xiàng)過(guò)程盲千差瞇萬(wàn)別楚，經(jīng)落驗(yàn)數(shù)畫據(jù)不盾一定掀合適油，可行用試墳探法離逐步富調(diào)試肅確定祥。2撤用雅擴(kuò)充慕臨界掀比例說(shuō)度法懼選擇PID參數(shù)擴(kuò)充皇臨界李比例墓度法禁是以來(lái)模擬清調(diào)節(jié)狠器中儲(chǔ)使用完的臨初界比繞例度史法為菜基礎(chǔ)豎的一脹種PID數(shù)字待控制密器參彈數(shù)的革整定頭方法槐。用抖它整篩定T、KP、TI和TD的步黃驟如軟下：(1準(zhǔn))選很擇一兼?zhèn)€足蘿夠短搶的采鵲樣周卵期Tmi面n。例摩如帶對(duì)有純澇滯后欣的系閱統(tǒng)，閥其采舌樣周柏期取購(gòu)被控辨對(duì)象蔥純滯故后時(shí)院間的演1/避10癢以下比，控絮制器續(xù)作純顆比例KP控制衡。(2賭)逐絨漸減早小比達(dá)例度δ(δ=1投/KP)的項(xiàng)值，黨使系壤統(tǒng)出先現(xiàn)臨蛙界振產(chǎn)蕩，礎(chǔ)記下醫(yī)使系損統(tǒng)發(fā)驕生振懲蕩的鍬臨界拉比例任度δk和系視統(tǒng)的牛臨界消振蕩外周期Tk。(3徑)選歪擇合竊適的艘控制挖度。勸所謂折控制爹度，富就是掀以模尤擬調(diào)巧節(jié)器治為基旋準(zhǔn)，隱將數(shù)鍛字控識(shí)制器怨的控斯制效接果與控模擬遠(yuǎn)調(diào)節(jié)疊器的償控制愁效果拔相比康較，耗是數(shù)響字控貝制器桂和模雞擬調(diào)巖節(jié)器雜所對(duì)謙應(yīng)的擔(dān)過(guò)渡樂(lè)過(guò)程匹的誤鉆差平框方的絞積分祖比，約即錢控制郊度實(shí)際紹應(yīng)用齊中并合不需嗚要計(jì)揉算出辛兩個(gè)章誤差走平方蔬的積公分，輩控制專度僅行是表滿示控魚制效墳果的難物理繪概念揀。通姓常當(dāng)歉控制抄度為斷1.鉆05喇時(shí)，饑數(shù)字房誠(chéng)控制蛇器和爸模擬棄控制祝器的身控制嘩效果霸相當(dāng)供；當(dāng)陶控制盆度為哀2.便0時(shí)冤，數(shù)粒字控爪制器墨比模旺擬調(diào)峰節(jié)器哈的控椒制質(zhì)炭量差評(píng)。(4逼)根貼據(jù)控鴿制度艘查表倉(cāng)8―柔2，軌求出T、KP、TI和TD的值注。表8胳―2姥擴(kuò)充祥臨界樓比例鄭度法商整定毛參數(shù)鴉表3朋用擴(kuò)稍充響漲應(yīng)曲表線法數(shù)選擇蹄PI站D參鐵數(shù)在上繁述方風(fēng)法中祖,不占需要溫預(yù)先幣知道窩對(duì)象刮的動(dòng)向態(tài)特尸性，舞而是命直接年在閉欠環(huán)系執(zhí)統(tǒng)中談進(jìn)行上整定顫的。景如果描已知古系統(tǒng)魔的動(dòng)物態(tài)特憂性曲劍線，低數(shù)字抓控制團(tuán)器的買參數(shù)羊整定斧也可級(jí)以采氣用類雞似模嫁擬調(diào)賺節(jié)器冊(cè)的響洞應(yīng)曲明線法愉來(lái)進(jìn)麗行，腳稱為槳擴(kuò)充惱響應(yīng)奶曲線哄法。絞其步垃驟如掙下：(1騙)斷香開數(shù)緊字控途制器填，使目系統(tǒng)恒在手照動(dòng)狀裹態(tài)下壤工作狗；將環(huán)被調(diào)伴量調(diào)苦節(jié)到呆給定虹值附志近，醋并使麻之穩(wěn)狠定下搞來(lái)；翠然后辟突然蔥改變崖給定顆值，確給對(duì)粱象一辯個(gè)階唱躍輸蕩入信需號(hào)。(2薄)用禾記錄蕉儀表蒸記錄圖被調(diào)特量在使階躍這輸入豬下的飛整個(gè)著變化情過(guò)程伏曲線蛛。被控兇對(duì)象坊的階違躍響客應(yīng)曲浙線(3譯)在滴曲線土最大牧斜率縫處作笛切線漠，求柏得滯塔后時(shí)形間τ、被惹控對(duì)思象時(shí)途間?？緮?shù)Tτ，以譯及它速們的掃比值Tτ/τ。(4居)根產(chǎn)據(jù)所榮求得堪的Tτ、τ和它緞們的扎比值Tτ/τ，選勒擇一撲個(gè)控魄制度鏈，查煤表8義-3穿即可矮求得脊控制減器的KP、TI、TD和采萬(wàn)樣周免期T。表渴中的寧控制趴度的密求法系與擴(kuò)講充臨局界比矛例度再法相眨同。表8礎(chǔ)―3或擴(kuò)充往響應(yīng)窮曲線妹法整捐定參吉數(shù)表4披P辟ID鎮(zhèn)歸一兔參數(shù)繡整定死法除了棟上面吩介紹詳?shù)囊蛔影銛U(kuò)省充臨蹲界比田例度嶺法外勉，還慰有一方種簡(jiǎn)走化擴(kuò)牙充臨輝界比攪?yán)戎??；糜裼捎跁r(shí)該方南法只恩需整字定一約個(gè)參再數(shù)即合可，浙故稱碗其為拜歸一邀參數(shù)謠整定艦法。已知掘增量搏型P饑ID閃控制駕的公泰式為以若令T=0辦.1TK；TI=0攪.5TK；TD=0窩.1稿25TK，式慎中TK為純體比例稍作用還下的會(huì)臨界蔬振蕩檔周期捧，則鵲Δu(k)=KP［2嶺.4招5E(k)-養(yǎng)3.舅5E(k-1妖)+切1.播25E(k-2啦)］許番這樣碎，對(duì)朋四個(gè)站參數(shù)崇的整急定簡(jiǎn)西化成雞了對(duì)植一個(gè)彎參數(shù)KP的整艷定，已使問(wèn)霞題明遷顯地黃簡(jiǎn)化摘了。鑄通過(guò)閘改變KP的值等，觀血察控姑制效絨果，荒直到撕滿意史為止擺。5段湊試刪法確仰定P維ID移參數(shù)增大敗比例裝系數(shù)KP一般濃將加笛快系醒統(tǒng)的傷響應(yīng)串，在堅(jiān)有靜笨態(tài)誤津差的欺情況蛾下，代有利坑于減楊小靜鴨態(tài)誤副差。數(shù)但是位過(guò)大尸的比鉆例系堤數(shù)會(huì)灶使系間統(tǒng)有滑較大憲的超撈調(diào)，箭并產(chǎn)療生振棒蕩，渠使穩(wěn)姿定性顧變壞分。增大羊積分令時(shí)間TI有利卡于減撤小超面調(diào)，獸減小豈振蕩券，使禮系統(tǒng)觸更加畫穩(wěn)定欲，但界系統(tǒng)尚靜態(tài)繩誤差積的消仰除將鍵隨之孔減慢背。增大木微分銀時(shí)間TD亦有沸利于截加快扒系統(tǒng)攻響應(yīng)叢，使若超調(diào)后量減啄小，凍穩(wěn)定沫性增鳥加，皮但系孫統(tǒng)對(duì)床擾動(dòng)渠的抑濁制能啊力減里弱，當(dāng)對(duì)擾熟動(dòng)有工較敏蘇感的際響應(yīng)踩。在湊訊試時(shí)蛛，可蠅參考總以上社參數(shù)客對(duì)控蔑制過(guò)座程的更影響材趨勢(shì)果，對(duì)公參數(shù)惑實(shí)行捐下述討先比衰例，澡后積內(nèi)分，孔再微詢分的墊整定脖步驟享。(1命)首泊先只墻整定品比例潔部分岡。即棕將比兄例系爽數(shù)由批小變奸大，耀并觀政察相得應(yīng)的泡系統(tǒng)櫻響應(yīng)到，直放到得悔到反姜應(yīng)快聲，超獵調(diào)小唉的響找應(yīng)曲賣線。某如果駕系統(tǒng)山?jīng)]有餐靜差污或靜講差已總小到沉允許充范圍削內(nèi)，完并且煮響應(yīng)舌曲線禮已屬制滿意議，則軌只需君用比壺例調(diào)啊節(jié)器患即可跪，最呼優(yōu)比笨例系愛(ài)數(shù)可干由此細(xì)確定潮。(2濃)如缸果在綢比例苦調(diào)節(jié)佛的基奶礎(chǔ)上燙系統(tǒng)專的靜駐差不狼能滿必足設(shè)產(chǎn)計(jì)要鄰求，活則需代加入孔積分燒環(huán)節(jié)哄。整娛定時(shí)胸首先橡置積箱分時(shí)菠間TI為一姐較大部值，羨并將弊經(jīng)第芒一步誼整定逮得到紛的比吹例系晴數(shù)略導(dǎo)微縮妄小(攝如縮汪小為典原值沉的0脫.8綁倍)謀，然悼后減粘小積儉分時(shí)獲間，日使在河保持珠系統(tǒng)逢良好櫻動(dòng)態(tài)燒性能從的情放況下逃，靜烘態(tài)誤殊差得榜到消橡除。裙在此介過(guò)程攻中，題可根孕據(jù)響曾應(yīng)曲咳線的萬(wàn)好壞僑反復(fù)地改變耗比例原系數(shù)買與積沃分時(shí)扔間，雞以期盡得到腿滿意卸的控僚制過(guò)刊程與喇整定亭參數(shù)給。(3披)若章使用商比例毅積分餐調(diào)節(jié)蘿器消桶除了答靜態(tài)櫻誤差音，但頓動(dòng)態(tài)過(guò)過(guò)程模經(jīng)反儉復(fù)調(diào)送整仍帥不能爐滿意疊，則評(píng)可加印入微酷分環(huán)利節(jié)，鄙構(gòu)成文比例阻積分紗微分筑調(diào)節(jié)豈器。粥在整悶定時(shí)擠，可芬先置迎微分貿(mào)時(shí)間TD為0祝。在旬第二踢步整敗定的球基礎(chǔ)退上，勤增大TD，同余時(shí)相濃應(yīng)地堡改變礦比例犬系數(shù)刷和積促分時(shí)扛間，小逐步壯湊試搖，以唱獲得虛滿意怕的調(diào)牙節(jié)效男果和另控制榨參數(shù)差。8.霞3直陣接數(shù)修字控區(qū)制器挑的設(shè)常計(jì)模擬安化設(shè)崇計(jì)方頑法的績(jī)主要膠缺點(diǎn)館是采椅樣周稀期的源值不悟能取殊得過(guò)魯大，若否則份，會(huì)惜使系符統(tǒng)性報(bào)能變鄙差。俱而直族接數(shù)竄字化臺(tái)設(shè)計(jì)根方法浴就克鍋服了溫這個(gè)哀缺點(diǎn)受，它絹一開待始就快把系讀統(tǒng)看蘇成是謎純離晶散系峽統(tǒng)，膊然后坐按一筐定的薯設(shè)計(jì)衫準(zhǔn)則結(jié)，以遠(yuǎn)Z變平換為駐工具蘿，以掃脈沖對(duì)傳遞幅函數(shù)宅為數(shù)剃學(xué)模戴型，聚直接少設(shè)計(jì)益滿足軋指標(biāo)芒要求嘉的數(shù)醋字控最制器抓D(單z)灰。直接仿數(shù)字煙控制幣器的失脈沖卷傳遞斧函數(shù)計(jì)算四機(jī)控民制系膠統(tǒng)原漿理圖G(z)R(s)E(s)E(z)C(z)R(z)Gd(s)U(z)F(z)Gh(s)Gh(s)D(z)－+C(s)D(z)—享—數(shù)撥字控業(yè)制器舉；Gh(s)—航—保佳持器必(本晝書用羊零階根保持游器)咽；Gd(s)—每—控預(yù)制對(duì)圍象傳較遞函蠶數(shù)；Φ(z)—柄—系勻統(tǒng)閉括環(huán)脈安沖傳男遞函圣數(shù)；R(z)—柏—輸槐入信居號(hào)的Z變換權(quán)；C(z)—聲—輸廉出信蘋號(hào)的Z變換假。系統(tǒng)接的閉鏈環(huán)傳姜遞函文數(shù)為(8怪-2賠7)也可歉求得灘控制侄器的枝傳遞急函數(shù)傳為這就條是我工們分旁析和辟設(shè)計(jì)隙數(shù)字功控制雄器的緒基礎(chǔ)脆和基輔本模商型。E8.塘3.耐2頌最訪少拍這隨動(dòng)楚系統(tǒng)羅數(shù)字破控制占器的掃設(shè)計(jì)最少婦拍控義制系猜統(tǒng)設(shè)與計(jì)，順也稱驅(qū)為時(shí)塔間最爛佳系袋統(tǒng)設(shè)橋計(jì)，刑是計(jì)晝算機(jī)發(fā)控制波系統(tǒng)亂設(shè)計(jì)炸最有耗效的邊方法他。所戴謂最屋少拍程，是聰指在信典型臉輸入脖作用院下，叮系統(tǒng)風(fēng)在有軌限個(gè)快采樣鑒周期剩(有需限拍跨)內(nèi)民，就輩能達(dá)旦到穩(wěn)軌態(tài)。墻但只毒保證核在采版樣點(diǎn)孫處無(wú)鋒誤差股。系統(tǒng)雅的性源能指統(tǒng)標(biāo)是烘調(diào)整戶時(shí)間詠?zhàn)疃趟Ｏ旅嬲掠懻撛圩钌俑目罔屩葡涤y(tǒng)的復(fù)設(shè)計(jì)飾。最少旁拍控憲制系竟統(tǒng)的五閉環(huán)礙傳遞旦函數(shù)書，已亡經(jīng)在艦上節(jié)搞中得習(xí)到，快這里遷將其請(qǐng)作變表形如傻下：同時(shí)惰可求恰出系頸統(tǒng)的戴誤差占傳遞襖函數(shù)坦為：(8慕-2程8)(8討-2程9)由式擔(dān)(8梳-2祝8)淺可導(dǎo)勞出數(shù)守字控鹽制器消的傳謠遞函旨數(shù)為由此狠可看孩出，數(shù)字這控制駛器與露被控勾對(duì)象傭及誤離差z傳遞函數(shù)葵有關(guān)捷。并得伏出系膜統(tǒng)誤脹差的Z變換鄉(xiāng)豐為E(z)=Φe(z)R(z)歪(8黑-3除0)根據(jù)Z變換嚼的定體義E最少微拍控疫制器請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)擋要求勇系統(tǒng)愈在k≥N(N為正娛整數(shù)乖)時(shí)鮮，e(k)=輩0(遍或e(k)=開常數(shù)點(diǎn))，丑這樣E(z)只女有有顫限項(xiàng)剩。設(shè)帆計(jì)時(shí)滲，要嫂求N盡可獎(jiǎng)能小徒，即饑最少惰拍。下面主介紹律誤差約傳遞伯函數(shù)嗎與系標(biāo)統(tǒng)輸揪入類永型的琴關(guān)系壺。典賊型的亡輸入聽信號(hào)奴一般籮為：?jiǎn)挝辉旊A躍注輸入：?jiǎn)挝恍l(wèi)斜坡姨輸入侮：(9亭-5啦-9膝)(9灘-5裕-1射0)單位攏加速心度輸匙入：由上林面三帳種輸何入的則Z變?cè)Q可鄰以看簡(jiǎn)出，周它們伙都可她用下式表悼示：(8練-3課1)其中粉：A(z)為籮不含暈(1例-z-1)的匪z-1多項(xiàng)氏式。誘所以辱誤差需可表示五為(8常-3棟2)為使E(z)有讓盡可傅能少征的有隸限項(xiàng)駝，要渾選擇本適當(dāng)漢的Φe(z)。利噸用Z變換景的終單值定膨理，賄穩(wěn)態(tài)縱誤差軍為當(dāng)要仔求穩(wěn)棕態(tài)誤本差為偉零時(shí)知，由撇于A(z)中專無(wú)(蠻1-z-1)的毀因子飛，所士以Φe(z)必排須含瞎有(虹1-z-1)m，則Φe(z)有殊下列捏形式民:Φe(z)=芒(1暮-z-1)mF(z)信(8怖-3斧3)雅式中資,F(z)是z-1老的有染限多拴項(xiàng)式笛，即校F(z)=塑1+f1z-1+f2z-2+…恩+fnz-n(8凳-3漫4)剖由式爭(zhēng)(8組-3榨4)傲求出續(xù)閉環(huán)z傳遞桂函數(shù)累，即惠所以評(píng)，在z=0容處Φ(z)僅傳有極掙點(diǎn)。Φ(z)具核有z-1的最盲高冪弱次,睡為p=m+n，這否表明雄系統(tǒng)援的閉作環(huán)響為應(yīng)經(jīng)迎過(guò)p個(gè)采絮樣周質(zhì)期(p拍)訊，在道采樣魚點(diǎn)的么值達(dá)鉗到穩(wěn)乏態(tài)。脈當(dāng)F(z)=將1，即n取最缸小值n=0掉時(shí)，祥系統(tǒng)壯采樣癥點(diǎn)的享輸出旁達(dá)到鬼穩(wěn)態(tài)閑，即姓有限與拍(m拍)食內(nèi)達(dá)龜?shù)椒€(wěn)關(guān)態(tài)。F(z)=促1的意戶義是若使Φ(z)的釋全部謀極點(diǎn)暮均位霞于Z距平面古的原望點(diǎn)。(9畝-5搬-1靜7)對(duì)于尼不同象的輸刪入，壯可以幣選擇腸不同對(duì)的誤必差z傳遞盯函數(shù)Φe(z)。嗚選定Φe(z)后雞，最棄少拍善控制耳器D抓(z愉)可階以根杰據(jù)式游(9互-5膠-6租)計(jì)旦算確放定。當(dāng)系鐮統(tǒng)輸蒜入為插單位帥階躍譽(yù)輸入兼時(shí)，Φe(z)=握1-z-1可得為誤差物和輸導(dǎo)出為案：包得時(shí)軟域誤珠差為驕：e(0鵝)=饞1，e(1店)=e(2償)=唉…=旗0禮即單溪位階垃躍輸勞入時(shí)殊系統(tǒng)廳的調(diào)堵整時(shí)細(xì)間為數(shù)T，棗只需邁一拍饑就達(dá)盤到了贈(zèng)穩(wěn)態(tài)儉。當(dāng)系高統(tǒng)輸營(yíng)入為蜻單位食斜坡?lián)釙r(shí)，Φe(z)=準(zhǔn)(1騾-z-1)2得誤借差和俯輸出秘為：得時(shí)梨域誤撞差為良：何e(0裁)=森0，e(T)=T,e(2炭)=e(3系)=滿…=皺0此時(shí)救，單職位階斷躍輸魔入時(shí)始系統(tǒng)損的調(diào)暑整時(shí)樂(lè)間為尺2T，只喂需兩棚拍就栽達(dá)到晶了穩(wěn)鐵態(tài)。當(dāng)系荷統(tǒng)輸物入為趕單位差加速襲度時(shí)吵，Φe(z)=榜(1允-z-1)3得誤跳差和中輸出盤為：配呢得時(shí)芹域誤舍差為塊：嘗可見(jiàn)歸，單鋸位加賤速度嬸輸入腫時(shí)系漲統(tǒng)的寨調(diào)整錘時(shí)間血為3T，只碎需三子拍就荒達(dá)到片了穩(wěn)板態(tài)。對(duì)于己三種顫典型急輸入修，最燃少拍剛控制鑒系統(tǒng)退的調(diào)達(dá)整時(shí)別間、傘誤差耍傳遞怕函數(shù)梁、閉造環(huán)傳已遞函嗎數(shù)匯成總于攤表8瞎-1吊。表8村―1宋最少伐拍控售制系挺統(tǒng)各些參量胃表8.種4附純滯程后對(duì)糠象控允制器舍的設(shè)脆計(jì)在熱鞋工和調(diào)化工默等生句產(chǎn)過(guò)吉程中老，含府有較摧大的富純滯珠后環(huán)抵節(jié)的襪被控襯對(duì)象臟是經(jīng)岸常會(huì)宜遇到咐的，詞它們桌對(duì)系喇統(tǒng)的雜穩(wěn)定影性影橫響極地壞，你會(huì)使蜻系統(tǒng)炊產(chǎn)生宋長(zhǎng)時(shí)辜間和絮大幅鞏度的僻超調(diào)煉，甚水至可蒸能使擁系統(tǒng)叼不穩(wěn)弟定。狹不過(guò)企這類勁控制怎系統(tǒng)門對(duì)快覽速性賀的要昂求是毅次要御的，艦其主砍要性居能指員標(biāo)是油系統(tǒng)合無(wú)超冬調(diào)或翻超調(diào)敏量很肆小，濕并且陣允許悠有較寫長(zhǎng)的在調(diào)整蹦時(shí)間拾。對(duì)于叮這種憐以超恭調(diào)為教主要帝設(shè)計(jì)焦指標(biāo)稈的系撒統(tǒng)，疫工程滅實(shí)踐紡發(fā)現(xiàn)績(jī)用單神純的棟最少相拍控盲制或拾簡(jiǎn)單光的P舌ID則控制比都不得能達(dá)霞到滿蠢