(哈工大课件)计算机控制系统-数字控制器设计演示.pptVIP

4.1.1模拟PID控制规律的离散化 4.1.2 PID控制规律的脉冲传递函数形式 4.1.4 模拟PID控制规律的工程实现 4.1.5 数字PID控制器的设计举例 4.1.6 按二阶工程设计法设计数字PID控制器 4.2 PID控制算法的改进 4.2.1 防止积分饱和的方法 4.2.2 微分项的改进—不完全微分数字PID控制算式 4.2.3 抑制干扰的数字PID算法 4.2.4 数字滤波方法 4.3 数字PID控制器的参数整定 4.3.2 扩充临界比例度法整定参数 4.3.3 扩充响应曲线法整定参数 4.4 数字控制器的等价离散化设计 4.4.1 tustin变换 4.4.2 零极点匹配 4.1.6 按二阶工程设计法设计数字PID控制器 4.1.6 按二阶工程设计法设计数字PID控制器 4.1.6 按二阶工程设计法设计数字PID控制器 4.1.6 按二阶工程设计法设计数字PID控制器 4.1.6 按二阶工程设计法设计数字PID控制器 4.1.7 模拟控制器的前向差分和后向差分比较 一、向前差分法: 隐性 4.1.7 模拟控制器的前向差分和后向差分比较 4.1.7 模拟控制器的前向差分和后向差分比较 4.1.7 模拟控制器的前向差分和后向差分比较 二、向后差分法: 4.1.7 模拟控制器的前向差分和后向差分比较 4.2 PID控制算法的改进 模拟控制器的控制作用是连续的，而用计算机作控制器，在输出零阶保持器的作用下，控制量在一个采样周期内是不变的。 由于计算机进行数值计算和输入输出等工作需要一定时间，造成控制作用在时间上存在延迟。 计算机的有限字长和A/D、D/A转换精度将造成控制作用的误差。 4.2.1 防止积分饱和的方法 积分分离法 积分分离法PID的控制效果 4.2.1 防止积分饱和的方法 2.变速积分法：改变积分项的累加速度 4.2.1 防止积分饱和的方法 4.2.1 防止积分饱和的方法 4.2.1 防止积分饱和的方法 3.遇限削弱积分法 在计算u(k-1)时，先判断u(k-1)是否达到了饱和，若已经超过了，则累计负偏差，若小于饱和值，累计正偏差。 4.带死区的PID控制 当某些控制系统精度要求不高，但不希望控制作用频繁动作。 4.2.2 微分项的改进—不完全微分数字PID控制算式 微分项作用：减小超调，克服振荡，加快响应，缩短调整时间。 一阶惯性环节的传递函数为： 4.2.2 微分项的改进—不完全微分数字PID控制算式 不完全微分数字PID控制器可以解决问题： 平滑微分产生的瞬时脉动，防止饱和溢出 加强微分对全控制过程的影响。 抑制了高频干扰 4.2.2 微分项的改进—不完全微分数字PID控制算式 4.2.2 微分项的改进—不完全微分数字PID控制算式 4.2.3 抑制干扰的数字PID算法 在进入正常调节后，偏差信号e的值不会太大。相对而言，干扰值对调节作用的影响较大。 对于作用时间较短暂的快速干扰，采用连续多次采样求平均值的数字滤波办法加以滤除。 对于一般的随机干扰，采用如一阶惯性滤波的数字滤波方法来减少扰动的影响。 除了采用一般的数字滤波方法外，我们还可以用单独修改数字PID控制算式中的微分项的办法来抑制干扰。其中，四点中心差分法就是最常用的一种算法。 4.2.3 抑制干扰的数字PID算法 4.2.4 数字滤波方法 对计算机控制系统中的常态干扰，可以用数字滤波的方法加以抑制或滤除。所谓数字滤波，就是通过一定的软件程序降低干扰在有用信号中的比重，故实质上是一种程序滤波。与模拟滤波器相比，数字滤波有以下几个优点： (1) 数字滤波是用软件来实现，故不需要增加硬件，而且多个通道可以共用一个滤波子程序。 (2) 由于不需要硬设备，故可靠性高，且无阻抗匹配问题。 (3) 可以对频率很低的信号进行滤波，克服了模拟滤波器的缺陷，而且通过改写滤波程序可以实现不同的滤波方法或改变滤波参数。 2. 算术平均滤波 算术平均滤波就是用n次采样的算术平均值作为本次采样的值，即 算术平均滤波主要适用于压力、流量等周期性脉动信号的平滑加工。平均次数n决定于平滑度和灵敏度；n增大，平滑度提高而灵敏度下降；反之，平滑度下降而灵敏度提高。 3. 加权平均滤波 对不同时刻的采样值赋以不同的加权因子，即所谓的加权平均滤波。 加权因子的选取可视具体情况而定，一般采样值越靠后，加权因子越大，以增加新的采样值在平均值中的比重，系统对正常变化的灵敏度也提高。 加权平均滤波适用于系统纯滞后时间较大，而采样周期较短的情况。 4. 中值滤波 中