控制系统计算机辅助设计解读.ppt

第 6 章控制系统计算机辅助设计 主要内容 超前滞后校正器设计方法 基于状态空间模型的控制器设计方法 过程控制系统的PID控制器设计 最优控制器设计 多变量系统的频域设计方法 6.1 超前滞后校正器设计方法 6.1.1 串联超前滞后校正器 6.1.2 超前滞后校正器的设计方法 【例6-2】受控对象模型为 【例6-3】受控对象和控制器的传递函数模型分别为 【例6-4】 Bass-Gura 算法 Ackermann 算法 【例6-5】 【例6-7】 【例6-8】 由响应曲线识别一阶模型 PI 控制器 【例6-18】受控对象的模型为 用最优控制器设计程序选择 PID 控制器参数。 【例6-19】用 OCD 同时设计串级控制器 【例6-20】对模型 采用 ISE 准 则设计最优控制器。 6.4.3 最优控制程序的其他应用 6.5 多变量系统的频域设计方法 逆 Nyquist 阵列方法 特征轨迹法 characteristic locus method 反标架坐标法 reversed-frame normalisation，RFN 序贯回路闭合方法 sequential loop closing 参数最优化方法 parameters optimisation method 6.5.1 对角占优系统与伪对角化 【例6-22】 【例6-23】 6.5.2 多变量系统的参数最优化设计 【例6-24】 6.5.3 基于 OCD 的多变量系统最优设计 各种常用的 PID 控制器结构，侧重于受控对象模型 带有时间延迟的一阶模型 FOLPD 的近似和基于这类 受控对象模型的 PID 控制器设计算法。 最优控制的基本概念，基于数值最优化方法的最优 控制器设计，及作者编写的最优控制器设计程序 OCD ，演示了它在最优控制器设计及模型最优拟合 中的应用。 基于逆 Nyquist 阵列的对角占优及伪对角化设计算法， 参数最优化设计算法。 自动生成目标函数的 MATLAB ： Simulink 仿真模型 【例6-21】对模型 采用 ITAE 准 则，用 OCD 来进行最优降阶研究。 为预补偿矩阵，它使得 为对角占 优矩阵。 对所得对角占优矩阵作动态的补偿。 由以下步骤求取最优的补偿矩阵 ： 选择一个函数的频率点 ，求出系统的逆 Nyquist 阵 列 。 对各个 值 ，构成一个矩阵 ，其中 假设在 频率处的系统传递函数矩阵的逆 Nyquist 阵列表示为 求取 矩阵的特征值与特征向量，并将最小特征值的特 征向量记作 。 由上面的各个 值得出的最小特征向量可以构成补偿矩阵 选择 个频率点 ，并假设对第 个频率 点引入加权系数 ，按照如下的方法构造矩阵 由 MATLAB 编写出为对角化函数 pseudiag 引入动态补偿矩阵 利用 Simulink 模型，绘制系统的阶跃响应曲线 系统的闭环传递函数矩阵 控制器参数的最小二乘解 改进 PID 控制结构与算法 微分动作在反馈回路的 PID 控制器 精调的 Ziegler-Nichols 控制器及算法 若 则保留 Ziegler-Nichols 参数 , 同时为使超调量分别小于 10% 或 20% ，则 若 ， Ziegler-Nichols 控制器的 参数精调为 若 ， 为使系统的超调量小于 10%，则 PID参数调为： 【例6-12】 用自编的 MATLAB 函数设计精调的 Ziegler-Nichols PID 控制器 改进的 PID 结构 一种 PID 控制器结构及整定算法的控制器模型为: 6.3.4 最优 PID 整定算法 最优化指标 时间加权的指标 IAE 和 ITAE 指标 庄敏霞与 Atherton 教授提出了基于时间加权指标的最优控制 PID 控制器参数整定经验公式 适用范围 ，不适合于大时间延迟系统 Murrill 提出了使得 IAE 准则最小的 PID 控制器算法 对 ITAE 指标进行最优化，得出的 PID 控制器设计经验公式 在 范围内设计的 ITAE 最优 PID 控制器的经验公式 【例6-13】 6.3.5 其他模型的 PID 控制器参数 整定算法 IPD 模型的 PD 和 PID 参数整定 integrator plus delay 各种指标下的 PD 和 PID 参数整定公式 若选择 ISE 指标,则 若选择 ITSE 指标,则 若选择 ISTSE 指标,则 编写设计控制器的 MATLAB 函数 FOLIPD 模型的 PD 和 PID 参数整定 first order lag and integrator plus del