计算机控制系统第6章.pptVIP

第六章 计算机控制系统的 直接设计法 本章内容及重点 本章是在上一章内容的基础上的进一步扩充，讲解的内容都是计算机控制算法，上一章是基本的PID算法，本章是采用PID算法无法完成时需要采用的算法。 常用的复杂控制算法包括最小拍控制、纯滞后控制、串级控制、预测控制和模糊控制等，其中最小拍控制和纯滞后控制是本章讲解的重点。 了解一个常识工业（1.0、2.0、3.0、4.0是什么？） 工业1.0 　　机械制造时代，即通过水力和蒸汽机实现工厂机械化，时间大概是18世纪60年代至19世纪中期。 工业2.0 　　电气化与自动化时代，即在劳动分工基础上采用电力驱动产品的大规模生产，时间大概是19世纪后半期至20世纪初。 　　 工业3.0 　　电子信息化时代，即广泛应用电子与信息技术，使制造过程自动化控制程度进一步大幅度提高。从20世纪70年代开始并一直延续至现在。 工业4.0 　　德国2013年确定的十大未来项目之一，已上升为国家战略。工业4.0是实体物理世界与虚拟网络世界融合的时代，产品全生命周期、全制造流程数字化以及基于信息通信技术的模块集成，将形成一种高度灵活、个性化、数字化的产品与服务新生产模式。 实施“中国制造2025”，开展“互联网+”行动是重要途径之一。我国2020年要基本实现工业化，“互联网+制造业”更具有重要战略意义。 美国制造业高度发达，是互联网第一强国，其工业互联网更侧重网络和信息服务，核心是构建工业信息高速公路，保持其制造业的领先地位。 德国是制造业强国，装备制造技术世界领先，德国工业4.0更关注装备和技术升级，突出智能工厂和智能生产这两大主题。 我国的特点则是互联网比较发达，制造业总体大而不强。我国制造业必须走工业2.0补课、工业3.0普及、工业4.0示范的并联式发展道路。 设计数字控制器的方法: （1）参数优化方法。首先确定控制算法 D（z），然后通过优化指标求出D（z）中的参数，一般多用于设计阶数较低的数字控制器。 （2）按照闭环脉冲传递函数Φ(z)来设计数字控制器D（z）。 D（z）的结构依赖于广义对象G（z）的结构。下面以该种方法为重点进行讲解。 3. 最少拍无纹波控制器设计 最少拍无纹波控制器设计 最少拍无纹波控制器设计 4. 具有阻尼权因子的 最少拍控制系统设计 1.史密斯(Smith)预估器 史密斯(Smith)预估器 史密斯预估器的设计步骤 史密斯预估器的设计步骤 史密斯预估器的设计步骤 2. 大林(Dahlin)算法 大林(Dahlin)算法 数字控制器D(z)的形式 数字控制器D(z)的形式 大林算法的主要步骤 振铃现象及其消除 振铃现象的分析 振铃现象的分析 振铃现象的分析 振铃幅度RA 振铃现象的消除 振铃现象示例 Thank you! 从零时刻起的输出系列为0，1，1，…，表面上看起来输出可一拍后到达稳态，但控制器输出序列为3.744，-16.1，46.96，-130.985…，呈现振荡发散，这必然导致对象的实际输出是振荡发散的，所以实际过程是不稳定的，如图6-3所示。 图6-3 不稳定的最小拍系统波形 a)系统输出 b)控制量输出 图6-4 稳定的有波纹最小拍系统波形 a)系统输出 b)控制量输出 最少拍设计是采用z变换进行的，仅在采样点处是闭环反馈控制，在采样点间实际上是开环运行的。因此，在采样点处的误差为零，并不能保证采样点之间的误差也为零。事实上，按上面方法设计的最少拍系统的输出响应在采样点间存在纹波。为使被控对象在稳态时的输出与输入同步，要求被控对象必须具有相应的能力。例如，若输入为等速输入函数，被控对象Gp(s)的稳态输出也应为等速函数。因此就要求Gp(s)中至少有一个积分环节。 系统进入稳态后，若数字控制器输出u(t)仍然有波动，则系统输出就会有纹波。因此要求u(t)在稳态时，或者为0，或者为常值。由 Y(z)=Φ(z)R(z)=U(z)G(z) 知U(z)=Φ(z)R(z)/G(z)。要求u(t)在稳态时无波动，就意味着U(z)/R(z)为z-1的有限项多项式。而这要求Φ(z)R(z)包含G(z)的所有零点，即 其中，w为广义对象G(z)的所有零点个数，bi(i=1,2,…，w)为G(z)的所有零点。 综上，无纹波系统的闭环脉冲传递函数Φ(z)必须选择为 式中m为广义对象G(z)的瞬变滞后；q为典型输入函数R(z)分母的(1-z-1)因子的阶次；b1,b2,…,bw为G(z)所有的w个零点；v为G(z)在z平面单位圆外的极点数(z=1的极点不计在内)。待定系数c0,c1,…,cq+v-1，由下列方