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第12章 数字控制系统 系统篇 §12.1 数字控制系统组成§12.2 数字控制基本算法§12.3 计算机控制系统分析概要 一、数字控制系统 现代控制的主要类型 完成模拟控制系统的控制任务 控制决策有数字计算机给出 —— ~~~~~~~ ~~~~~~~ 第12章 数字控制系统 二、数字控制系统的优势 1、控制器：硬件→软件 使系统设计及实现更灵活 2、用算法可实现更为丰富的控制策略 传统的——PID算法 高级的——数字滤波 智能算法 模糊控制 复杂的——特性补偿算法 3、离散性的系统 可以用数值方法分析和综合 速度快 不要求模型必须有解析解 4、具有网络通信能力 实现大工业生产过程自动化 形成集散控制系统 一、模拟控制系统 系统框图 二、数字控制系统 系统框图 §12.1 数字控制系统组成 三、数字控制系统采用了总线机制 四、计算机使控制系统的功能及规模得到极大程度的扩充 （1）了解生产现场的细节 显示器、打印机——数据表格/变化曲线 组态软件——形象的展现生产过程 （2）直接数字控制 直接控制过程的开关参数 （3）优化系统输入 （4）实现对大规模生产过程的集散控制 §12.2 数字控制的基本算法 从数据采集 到 完成一个过程会对象的控制 一、数字PID算法 （A/D） （D/A） 模拟控制系统的PID控制器 PID控制策略 模拟控制系统 数字控制系统 由硬件电路实现 通过算法被程序化 ? 1、PID的离散式 （3） （2） （1） 离散 离散 离散 ~~~~~~~ ~~~~~~ 占用内存 运算时间 2、算法流程 设定 以求得 再设 3、参数整定 （1）采样周期的选择原则 根据采样定理 采样频率≥2倍信号中最高的频率成分 根据工程经验 τ：被控对象的时间常数 数字PID控制 系统的品质 控制对象的特性 PID参数的配置 取决于 （2）PID系数的确定方法 就系统的时间响应和频率响应而言，数字控制系统劣于模拟控制系统。 控制度 度量 两者的控制效果 控制效果相同 达到模拟控制效果的一半 0.22 0.40 0.27 0.16 PID 2.00 — 0.43 0.36 0.55 PI 2.00 0.20 0.43 0.34 0.09 PID 1.50 — 0.99 0.42 0.14 PI 1.50 0.16 0.47 0.47 0.043 PID 1.20 — 0.91 0.49 0.05 PI 1.20 0.17 0.49 0.63 0.14 PID 1.05 — 0.88 0.55 0.03 PI 1.05 控制策略 三、数字滤波器算法 来自系统内部，从系统的其他部分窜入 ——在系统内部设置专门的滤波环节 测量、采样中的干扰 ——直接编制滤波算法 1、滤波电路功能的数字实现 （1）离散化 （2）算法流程 2、对典型干扰型号的滤除 （1）针对尖峰干扰限幅滤波 （2）针对偶然因素中值滤波 （3）平均滤波 （4）其他滤波