第3章_执行元件.pptVIP

第一节 模拟控制技术 常用控制规律概述： 控制器输出与偏差信号之间的函数关系称为控制规律。控制规律决定了控制器的特性。 控制器的动态特性：偏差 与输出 之间的相互关系。 经过一段时间，控制器的输出达 到稳定，偏差 与输出 之间的相互关系。 常用的控制规律有：比例控制规律（P）、积分控制规律（I）、比例积分控制规律（PI）、比例微分控制规律（PD）、比例积分微分控制规律（PID）。 工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、 积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。 PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制  比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-stateError）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化 。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。 比例（P）控制 积分（I）控制 微分（D）控制 PID控制 数字控制系统在现代工业中应用非常广泛。计算机在控制精度、控制速度以及性能价格比等方面都比模拟控制器有着明显的优越性, 同时计算机还具有很好的通用性, 可以很方便地改变控制规律。随着计算机科学与技术的迅速发展, 数字控制系统由直接数字控制发展到计算机分布控制, 由对单一的生产过程进行控制到实现整个工业过程的控制, 从简单的控制规律发展到更高级的优化控制、自适应控制、鲁棒控制等。本章将研究采样控制的基本理论、数学工具以及简单离散系统的分析与综合。在学习时请注意它们与连续系统对应方面的联系与区别。 离散系统分析基础 分析方法对照表 7.1.1 Z变换及性质 1. Z变换定义 Z变换是拉氏变换的一种变形，是由采样函数的拉氏变换演变而来的。连续信号e(t)的拉氏变换式E(s)是复变量s的有理函数。在一定条件下，微机控制系统中的采样可假设为理想采样。将连续信号e(t)通过采样周期为T的理想采样后可得到采样信号e*(t)，它是一组理想加权脉冲序列，每一个采样时刻的脉冲强度等于该采样时刻的连续函数值，其表达式为 ? 从Z变换的推导过程可以看出，Z变换实质上是拉氏变换的一种推广，所以也称为采样拉氏变换或离散变换。它是分析、研究计算机控制系统的有力数学工具。 求离散时间函数的Z变换有多种方法，常用的有级数求和法和部分分式法两种。 【例7―4】指数函数。 解 设e(t)=e-at，求Z变换E(z),a为实常数，则 【例7―5】已知 7.1.4 脉冲传递函数及方框图分析 在分析线性常系数离散系统时，z传递函数是个很重要的概念。如同在分析设计线性常系数连续系统时用传递函数来描述系统特性一样，在分析设计线性常系数离散系统时，将用z传递函数来描述系统特性。 7.4.2 采样系统的开环脉冲传递函数 7.4.3 采样系统的闭环脉冲传递函数 Z变换为 