计算机控制系统考试重点.docVIP

计算机控制系统的设计方法：一种是基于连续系统设计方法的模拟化设计方法；另一种是基于离散系统设计方法的直接数字化设计方法。 信号类型的区别：从幅值上可以区分为：1、模拟量；2、离散量；3数字量。从时间上可以分为：1、连续时间信号；2离散时间信号。 计算机控制系统的信号类型：1、连续控制系统。2、离散控制系统3采样控制系统。4、数字控制系统。 极点位置越靠近原点，收敛越快；极点的相角越大，振荡频率越高。若相角为零（即在正实轴上），则单调变化。 计算机控制系统模拟化设计步骤：1、设计模拟控制器D（s）；2、选择合适的采样周期T；3、模拟控制器D（s）的离散化；4、仿真校验是否达到设计要求；5、数字控制器的计算机实现。 模拟控制器离散化的方法：1、后向差分法；2、双线性变换法；3、加零阶保持器的Z变换方法。 数字控制器的实现方法：1、直接程序设计法；2、串行程序设计法；3、并行程序设计法。 PID控制器的输出是由比例控制、积分控制和微分控制三项组成。 PID控制器分为1、比例控制器（P）；2、比例积分调节器（PI）；3、比例积分微分调节器（PID） PID控制器三个环节的作用：1、比例环节的作用：能迅速反应偏差，从而减少偏差，但不能消除静差，Kp的加大，会引起系统的不稳定；2、积分环节的作用：只要系统存在偏差，积分环节就会产生控制作用减小偏差，直到最终消除偏差，但积分作用太强会使系统超调加大，甚至是系统出现振荡；3、微分环节的作用：有助于系统减小超调，克服振荡，加快系统的响应速度，减小调节时间，从而改善了系统的动态性能，但Td过大，会使系统出现不稳定。 PID控制算法：控制量为全量值输出，也就是每次的输出值都与执行机构的位置一一对应，所以把它称之为位置式数字PID控制算法。 与位置式数字PID控制算法相比，增量式数字PID控制算法有如下优点：1、位置式每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用刀过去偏差的累加值，容易产生较大的累积计算误差。而在增量式中由于消去了积分项，从而可消除控制器的积分饱和，在精度不足时，计算误差对控制量的影响较小，容易取得较好的控制效果。2、为实现手动——自动无忧切换，在切换瞬时，必须首先将计算机的输出值设置为阀门原始开度Uo。由于增量式计算只与本次的偏差值有关，与阀门原来的位置无关，其输出对应于阀门位置的变化部分，因此，易于实现从手动到自动的无扰切换。3、采用增量式算法时所用的执行器本身都具有保持功能，即使计算机发生故障，执行器仍能保持在原位，不会对生产造成恶劣影响。 PID控制器三个参数对系统响应的影响：1、增大比例系数Kp一般会加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。但是如果比例系数过大，会使系统有较大的超调，并产生震荡，稳定性下降。2、增大积分时间常数Ti有利于超调，减小振荡，提高系统的稳定性，但加大消除静差的时间，使调节时间变长。3、增大微分时间常数Td有利于加快系统响应，减小超调，增加稳定性，但它使系统抗干扰的能力下降，对扰动有较敏感的响应。 在数字控制过程中一个采样周期称为一拍。最小拍控制是指系统在典型输入信号作用下，经过最少个采样周期是系统输出的稳态误差为零。 对最小拍控制系统设计的要求是：1、调节时间最短，即系统跟踪输入信号所需的采样周期数最少；2、在采样点处无静差，即对特定的参考输入信号，在达到稳态后，系统在采样点能精确实现对输入信号的跟踪；3、设计出来的数字控制器必须是物理上可以实现的；4、闭环系统必须是稳定的。 具有纯滞后特性的被控对象对快速性的要求是次要的，而对稳定性、超调量的要求是主要的。 Dahlin算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器D（z），使整个闭环系统的传递函数Φ s 相当于一个一阶惯性纯滞后环节，即 式中，τ为被控对象的纯滞后时间，τ NT。To为期望闭环传递函数的时间常数。 数字控制器的输出u（k）以接近二分之一的采样频率大幅度上下5摆动，这称为振铃现象。它对系统的输出几乎是没有影响的，但会使执行机构因磨损而造成损坏。在有交互作用的多参数控制系统中，振铃现象还有可能影响到系统的稳定性，所以在系统设计中，应该设法消除振铃现象。 产生振铃现象的原因是数字控制器D（z）在z平面上z -1附近有极点。当z -1时，振铃现象最严重，在单位圆内离z -1越远，振铃现象越弱。 振铃现象的消除方法：1、参数选择法。对于一阶滞后对象，如果合理选择期望闭环传递函数的惯性时间常数To和采样周期T，使RA≤0，也可以把RA减到最小，最大限度地抑制振铃。2、消除振铃因子法。找出数字控制器D（z）中引起振铃现象的因子（即z -1附近的极点），然后人为地令这个因子中的z 1，消除这个极点。 Dahlin算法的一般设计步骤：1、根据系统性能要求，确定期望闭环系统的参数To，给出振铃