计算机控制与仿真技术 -杨立 第4章 计算机控制技术的应用.pptVIP

4.4.1 最少拍系统设计 在数字随动系统中往往要求系统的输出值能尽快地跟踪给定值的变化，最少拍控制就是这样一种直接数字设计方法。 最少拍系统也称为最小调整时间系统或最快响应系统。其任务是设计一个数字控制器，使系统对于某一典型输入具有最快的响应速度并且静态误差为零。 该系统等效的闭环Z传递函数为： 变换后的数字控制器为： 2. 最少拍系统的数字控制器的设计 设计最少拍系统数字控制器的目的是求出Z传递函数，误差传递函数可根据输入函数的形式，由表4-5查出， 则需要根据被控对象的实际数学模型，由Z变换公式得出。 最少拍系统具有结构简单、设计方便和易实现等优点，但对输入信号类型的适应性较差，对系统参数变化很敏感，出现随机扰动时系统性能会变坏。 4.4.2 达林算法 达林算法是一种解决工业控制对象有较大纯滞后时间的方法，由于被控对象的纯滞后降低了系统的稳定性并增加了超调量，为此，可采用达林算法来选择闭环脉冲Z传递函数来代替最少拍多项式。 达林算法的目的是设计合适的数字控制器，使整个闭环系统的传递函数为带纯滞后时间的一阶惯性环节，且要求闭环系统的纯滞后时间等于对象的纯滞后时间，即闭环传递函数为： 经变换，数字控制器的Z传递函数可表示为： 2. 算术平均滤波 所谓算术平均滤波就是把n个采样值相加，然后取其算术平均值作为本次有效的采样信号。 3. 中值滤波 所谓中值滤波就是对某一被测参数连续采样n次（n为奇数，一般取5~9），然后把n次采样值按顺序排列，取其中间值做为本次采样值。中值滤波可以有效地去除各种偶然因素引起的波动以及采样开关或A/D转换器等工作不稳定造成的脉冲干扰，对变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果，但不适合快速变化的过程参数。 第4章 计算机控制技术的应用 4. 加权平均滤波 在算术平均滤波中，N次采样值在结果中占的比例是相等的，即每次采样值具有相同的加权因子1/N。但有时为了提高滤波效果，往往对不同时刻的采样值赋以不同的加权因子，这种方法称为加权平均法。 加权平均滤波通常适用于系统纯滞后时间较大而采样周期较短的场合。 5. 防脉冲干扰平均滤波 防脉冲干扰平均滤波是结合了算术平均滤波和中值滤波两者的优点，它先用中值滤波滤掉由于脉冲干扰引起误差的采样值，然后对剩余的采样值再进行算术平均滤波。该方法对于快、慢速度的系统均适用。 第4章 计算机控制技术的应用 4.3 PID控制及其应用 4.3.1 数字PID控制算法 PID是比例+积分+微分组合的一种控制功能，在过程控制中，按误差信号的比例、积分和微分进行控制的调节器称为PID调节器，其结构简单，调整参数容易，是目前技术成熟且应用最为广泛的一种调节器。 PID调节器的基本原理： 将被测参数由传感器变换成标准信号送入调节器，与系统设定值进行比较，产生出偏差值经PID运算后送到执行机构改变系统的进给量，实现被控量的自动调节。 第4章 计算机控制技术的应用 第4章 模拟PID调节器的控制算法为： 数字PID控制算法为： 计算机控制技术的应用 第4章 计算机控制技术的应用 4.3.2 数字PID控制算法的改进 1. 积分分离算法 积分运算是通过对系统偏差的不断累加而实现的，要经过较长一段时间才能将积分器从饱和区拉到线性区，这种现象称为“饱和效应”。 减小积分饱和的关键在于不能使积分项累积过大。为使数字调节器尽可能工作在线性区，可以采用积分分离的方法，即在开始时不进行积分，直至偏差达到一定阈值后才进行积分累积。 第4章 计算机控制技术的应用 2. 不完全微分算法 对于干扰问题，除了采用专门的软硬件抗干扰措施外，还可以通过对PID算法进行改进，进一步克服干扰的影响。 在不完全微分PID算法中加入了低通滤波器（一阶惯性环节）来抑制干扰，低通滤波器的传递函数为： ；式中的Tf为低通滤波器的滤波时间常数。 第4章 计算机控制技术的应用 3. 微分先行PID算法 微分先行PID算法是把微分运算放在比较器附近，输出量可以是微分也可以是偏差微分。 输出量微分只对输出量y(t)进行微分，而对给定值r(t)不做微分，这种输出量微分控制适用于给定值频繁提降的场合