數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)方法學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1數(shù)字?jǐn)?shù)字(shz)控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)方法控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)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(jì)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(yīng)序列，必須與模擬調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)的采樣值相等

2、，因此又稱為階躍響應(yīng)不變法。這種方法就是在模擬調(diào)節(jié)器前面，串聯(lián)一個(gè)零階保持器，最后進(jìn)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(dǎo)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(huì)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(dá)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(dòng)作比較緩慢，而且在偏差剛出現(xiàn)時(shí)，調(diào)節(jié)作用很弱，不能及時(shí)克服擾動(dòng)的影響，使動(dòng)態(tài)偏差增大，調(diào)節(jié)過程延長，因此很少單獨(dú)使用。把比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)結(jié)合起來，就構(gòu)成比例積分調(diào)節(jié)器，其調(diào)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(dòng)態(tài)品質(zhì)。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(gòu)成比例積分微分（PID）調(diào)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(jì)算機(jī)取整而產(chǎn)生的積分項(xiàng)輸出誤差(wch)稱為積分整量化誤差(wch)，計(jì)算機(jī)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。基數(shù)值。這種改進(jìn)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(shí)時(shí)時(shí)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(duì)偏差進(jìn)行(jnxng)微分控制后，才進(jìn)行(jnxng)PI調(diào)節(jié)。這種算法適用于串級(jí)控制的副回路，因?yàn)榻o定值由主回路提供，所以對(duì)被控量和給定值都應(yīng)進(jìn)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(duì)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(jié)構(gòu)0)()(kekecBk

8、eBke)()(當(dāng)當(dāng) 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(diǎn)(y din)；反之可以選擇大點(diǎn)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(zhì)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(yàn)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(shí)際應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用(yngyng)中并不需要計(jì)算出兩個(gè)誤差的平方積分中并不需要計(jì)算出兩個(gè)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(dāng)控制度為時(shí)，控制度僅表示控制效果的物理概念。例如，當(dāng)控制度為時(shí)，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(shí)控制與模擬控制效果基本相同；控制度為時(shí)，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(duì)象廣義對(duì)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(yù)估器的控制系統(tǒng)spesG)(seSmith預(yù)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(yù)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