4 数字控制连续化设计.ppt

第四章 数字控制器的连续化设计方法;4.1 数字控制器的连续化设计步骤 ;1.拉氏变换的定义 如果有一个以时间t为自变量的函数f(t)，它的定义域是t＞0，那么拉氏变换就是如下运算式：; 在实际工程中，上述条件通常是满足的。式中，F(s)称为象函数，f(t)称为原函数。为了表述方便，通常记作 F(s)=L［f(t)］ ;式中,c为实数，并且大于F(s)任意奇点的实数部分。此式称为拉氏变换的反变换。同样，为了表述方便，可以记作 f(t)＝L-1 ［F(s)］ 为了工程应用方便，常把F(s)和f(t)的对应关系编成表格，即一般所说的拉氏变换表。; 所谓传递函数，就是线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉氏变换式与输入量的拉氏变换式之比。 已知以c(t)为输出量，r(t)为输入量的线性定常系统的微分方程一般表达式为; 式中a0，a1，…，an及b0，b1，…，bm均为由系统结构参数决定的实常数。设初始条件为零，对上式两边进行拉氏变换，得 ;计算机控制系统的结构图;步骤1.求出模拟调节器的传递函数D(s);步骤2. 选择合适的采样周期T;步骤3. 把D(s)离散化,求出数字控制器的脉冲传递函数;步骤4. 检验系统的闭环特性是否满足设计要求;步骤5. 把D(z)写成差分方程的形式,并编程实现;步骤6. 现场调试;4.2 模拟调节器的离散化方法 ;4.2.1 Z变换定义法;采样的数学描述;Z变换的定义;Z变换的定义;4.2.2 差分变换法;a. 前项差分法;b. 后项差分法;4.2.3 双线性变换法;4.3 PID算法的数字实现 ;4.3.1 PID调节器的优点 ;4.3.2 PID调节器的作用 ;1. 比例调节器 ;阶跃响应特性曲线;2. 比例积分调节器;积分作用响应曲线;;;3. 比例微分调节器 ;3. 比例微分调节器 ;3. 比例微分调节器 ;;4. 比例积分微分调节器 ;;4.3.3 PID算法的数字实现 ;1. PID控制算式的数字化 ;1. PID控制算式的数字化 ;1. PID控制算式的数字化 ;1. PID控制算式的数字化 ;2. 数字PID增量型算法;2. 数字PID增量型算法;2. 数字PID增量型算法;增量式PID算法只需保持当前时刻以前三个时刻的误差即可。它与位置式PID相比，有下列优点： （1）位置式PID算法每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去误差的累加值，因此，容易产生较大的累积计算误差。而增量式PID只需计算增量，计算误差或精度不足时对控制量的计算影响较小。 （2）控制从手动切换到自动时，位置式PID算法必须先将计算机的输出值置为原始阀门开时，才能保证无冲击切换。若采用增量算法，与原始值无关，易于实现手动到自动的无冲击切换。;3. PID算法程序设计 ;参数内部RAM分配图 ;根据流程图编写的程序清单如下： ;;;MOV R3，3BH ；取e(n-1) MOV R2，3CH ACALL CPL1 ；求e(n-1)的补码 ACALL DSUM ；计算e(n)+ e(n-2)- e(n-1) MOV A，R7 ；存和 MOV R5，A MOV A，R6 MOV R4，A MOV R3，3BH ；取e(n-1) MOV R2，3CH ACALL CPL1 ；求e(n-1)的补码 ACALL DSUM ；计算e(n)+ e(n-2)- 2e(n-1) ;;;DSUM双字节加法子程序：(R5R4)+ (R3R2)的和送至(R7R6)中。;CPL1双字节求补子程序：（R3R2）求补 ;;双字节有符号数乘法程序清单如下： ;;;;4.4 数字PID控制器的改进 ;4.4.1 积分项的改进 ;1 积分分离;1 积分分离;;2 抗积分饱和;3 梯形积分;4.4.2 微分项的改进 ;1 不完全微分PID算法;2 微分先行PID算式;4.4.3 时间最优PID控制 ;4.4.4 带死区的PID控制算法 ;4.5 PID参数的整定 ;1. 采样周期的确定 ;;2. 凑试法确定PID调节参数 ;;3. 优选法 ;