第四章计算机控制系统的常规控制技术.ppt

第4章 计算机控制系统的常规控制技术;本节主要内容; 按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器简称为PID调节器，是在连续系统中技术最为成熟，应用最为广泛的一种调节器。 PID调节器结构简单、参数易于调整，当被控对象精确数学模型难以建立、系统的参数又经常发生变化时，应用PID控制技术，在线整定最为方便。 在计算机进入控制领域后，用计算机实现数字PID算法代替了模拟PID调节器。;1．用经典控制理论设计连续系统模拟调节器，然后用计算机进行数字模拟，这种方法称为模拟化设计方法。 2．应用采样控制理论直接设计数字控制器，这是一种直接设计方法（或称离散化设计）;;PID调节器的基本结构;控制规律：;（2）比例积分调节器;（3）比例微分调节器;（4）比例积分微分调节器;2．数字PID控制器;两种标准的数字PID控制算法 ;（2）数字PID增量型控制算法 ;（3）两种标准PID控制算法比较 ;算法比较 ： （1）增量型算法不需要做累加，计算误差或计算精度问题，对控制量的计算影响较小。而位置型算法要用到过去误差的所有累加值，容易产生大的累加误差。 （2）增量型算法得出的是控制量的增量，误动作影响小，而位置型算法的输出是控制量的全量输出，误动作影响大。 （3）采用增量型算法，由于算式中不出现 项，则易于实现手动到自动的无冲击切换。;3. 数字PID控制算法的改进 ;2. 抑制饱和的方法 ;积分分离PID控制算法;系数与偏差当前值的关系可以是线性的或非线性的，可设为 ; 2．抑制微分饱和方法;图8 不完全微分PID控制器 ;（3）;图9 PID输出特性的比较;4. 数字PID控制器参数的整定 ; 2）PID参数的工程整定法 ;③选择控制度；;（2）扩充响应曲线法; ⑤ 选择扩充响应曲线法参数整定计算公式 ，根据测得的 和 ，求取控制参数 、 、 和 。; 4．2 最少拍控制 ;什么是最少拍控制？ ;其中：;1.闭环脉冲传递函数的结构设计 ; 本身不稳定，由; 系统的准确性;取　　　　，则一定能保证 ; 的物理可实现性;1） 为稳定对象且不包含圆外圆上零点 ;在单位速度作用下;2） 为不稳定对象且包含圆外零点 ; 3） 包含有纯滞后环节;2 最少拍有纹波控制器的设计 ; 例1 被控对象的传递函数为 ;（2） 确定期望的闭环结构;（4）确定控制器结构; 图13 最少拍有纹波控制 （a） 系统输出 （b）控制器输出;1) 被控对象 必须包含有足够的积分环节; ;例2 在例1中，试求其对于单位阶跃输入的最少 拍 无纹波控制器。 解 由例4－1得; 图14 最少拍无纹波控制 （a）系统输出 （b）控制器输出 ;4 最少拍系统的改进措施 ;如果保持控制器不变，输入为单位阶跃信号，则有： ;改进的办法 ： ; 2）提高最少拍系统对参数变化的适应性（鲁棒性） ;在输入单位速度时，输出量的Z变换为 ;改进的办法 ：;4.3 纯滞后控制 ;1 施密斯（Smith）预估控制 ;图19 带施密斯预估器的控制系统 ;说明：经补偿后， 在闭环控制回路之外，不影响系统的稳定性，仅将控制作用在时间坐标上推移了一个时间，控制系统的过渡过程及其它性能指标都与对象特性为时完全相同。 ; 纯滞后补偿的数字控制器由两部分组成：一部分是数字PID控制器；一部分是施密斯预估器。 ;设：工业对象近似用一阶惯性环节和纯滞后环节的串联 ;例6 已知一个一阶加纯滞后过程的传递函数 ;2 达林（Dahlin）算??? ; 2) 振铃现象及其消除 ; 衡量振铃现象程度的量是振铃幅度RA。它定义为 控制器在单位阶跃输入作用下，第零次输出幅度与第一次输出幅度之差。 ;; 对于这种振铃现象，达林提出一种简单的修正方法，即只要在控制器对应的极点因子中令 ，便可以消除振铃现象。而且根据终值定理，这种处理办法不会影响数字调节器的稳态输出。