单片机原理及控制技术 教学课件 王君 第8章数字控制器.pdfVIP

第8章 数字控制器设计 8.1 概述 8.2 数字PID控制器  PID模拟控制器及离散化  PID控制器算法的几种改进形式  PID控制器的参数整定 8.3 直接数字控制器的设计方法 8.4 纯滞后对象控制器的设计 8.5数字控制器的计算机实现 8.1 概述 在计算机控制系统中，计算机代替了传统 的模拟调节器，成为系统的数字控制器。它可 以通过执行按一定算法编写的程序，实现对被 控对象的控制和调节。由于控制系统中的被控 对象一般多为模拟装置，具有连续的特性，而 计算机却是一种数字装置，具有离散的特性， 因此计算机控制系统是一个既有连续部分，又 有离散部分的混合系统。 在计算机控制系统中，数字控制器通常采 用两种等效的设计方法。 一种方法是，在一定的条件下，将计算机 控制系统近似地看成是一个连续变化的模拟系 统，用模拟系统的理论和方法进行分析和设计， 得到模拟控制器，然后再将模拟控制器进行离 散化，得到数字控制器。这种设计方法称为连 续化设计方法。 另一种是假定对象本身就是离散化模型或 者用离散化模型表示的连续对象，再把计算机 控制系统经过适当的变换，变成纯粹的离散系 统，然后以Z变换为工具进行分析设计，这种 方法称为离散化设计方法，也叫直接设计法 ； 8.2 数字PID控制器 概 述 PID调节是连续系统中技术最成熟、应用最 广泛的一种调节方式。 PID调节的实质是根据输入的偏差值，按比 例P 、积分I 、微分D 的函数关系进行运算，其运 算结果用于输出控制。 在实际应用中，根据具体情况，可以灵活 地改变PID 的结构，取其一部分进行控制。 8.2.1 PID控制器的数字化实现 1、模拟PID算法表达式 在模拟调节系统中，PID控制算法的模拟表 达式为： 1 de (t ) y (t ) Kp [e (t )  T e (t ) dt TD dt ] (8-1) I 式中： y(t)——调节器的输出信号； e(t)——调节器的偏差信号，它等于给定值与测量值之差； K ——调节器的比例系数； P T ——调节器的积分时间； I T ——调节器的微分时间。 D K P ＋ R (s) ＋ E (s) KP ＋ U(s) Y(s) 被控对象 T S － I ＋ K T S P D PID控制系统框图 2、数字PID算法表达式 对式（8-1 ）进行离散化处理，用数字形式的差分方程代替连续系统的 微分方程，则积分项和微分项可用求和及增量式表示： n n n e ( t ) d