东北大学自动化复习课件11连续控制器的离散化方法.pptVIP

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19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 ——梯形近似法 t e(t) 0 T 2T kT (k-1)T … … 2.3 双线性变换法 双线性变换 变换对系统性能的影响 ——s 平面虚轴映射在z 平面的的单位圆上 频率混叠? 不混叠 s平面 z平面 Re Im 1 -1 对s左半平面, ——s 左半平面映射象在z 平面单位圆内 若D(s)稳定,则D(z)也稳定 变换对系统性能的影响 变换前后的频率发生畸变 将 和 代入 变换对系统性能的影响 变换前后的频率发生畸变 高频段频率发生较大畸变 ?1T ?T ? -? 0 ?1 ? 0 变换对系统性能的影响 双线性变换的特点: (1) D(s)稳定,则相应的D(z)也稳定; (2)没有频率混叠现象; (3)D(z)的频率响应在低频段与D(s)的频率响应相近,而在 高频段频率响应有严重畸变; (4)适用于对象的分子和分母已展开成多项式的形式。 2.3 双线性变换法 已知 ,T=0.015s,用双线性变换法设计 D(z) 及控制器的差分方程。 解:将 代入D(s) 得 例题: z反变换 控制器的差分方程: 2.4 零极点匹配法 通过z变换直接把D(s)在s平面上的零极点一一对应地映射到z平面上D(z) 的零极点; 当D(s)的极点数比零点数多时,缺少的零点可视作在无穷远处存在零点,可用z平面上的 z=-1的零点匹配,则D(z)的分母和分子的阶次总是相等的。 D(z) 与D(s) 在稳态时具有相同的增益,即 ,其中 设 ,其中 Kz的选择要使得D(s) 与D(z) 在稳态时具有相同的增益 按照 ,用零极点匹配法设计D(z) 2.4 零极点匹配法 为什么无穷远处存在零点,可以用 z 面上 z =-1的零点来匹配? 则变换后D(z) 分子中将出现 ,也就是说, D(z) 零点与极点个数相等,新增的(n-m)个零点恰好是z =-1 。 ——零极点匹配法同时具有双线性变换的效果 2.4 零极点匹配法 分子分母同乘 采用双线性变换,将 带入 得D(z) 特点: (1) 若D(s)稳定,则相应的D(z)也稳定; (2)可获得双线性变换的效果,不存在频率混叠; (3)不能保证D(z)的频率响应不畸变; (4)适用于对象的分子和分母以零极点的形式出现。 2.4 零极点匹配法 已知 ,T=0.015s ,用零极点匹配法设计数字控制器。 解: 求Kz Kz=18.67 数字控制算法 双线性变换法 例题 几种变换方法的比较 后向差分变换法 双线性变换法 零极点匹配法 稳定性 复杂程度、适用形式 频率特性 综合效果 后向差分变换 双线性变换 ·教学单元2结束· 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 教学模块4数字控制器的模拟化设计方法 教学单元2连续控制器的离散化方法 东北大学· 教学单元2连续控制器的离散化方法 z 变换法 差分变换法 双线性变换法 零极点匹配法 连续控制器的离散化——求连续控制器传递函数D(s)的等效离散传递函数D(z)。 离散化的基本原则——保证D(z)与D(s)具有相同或相近的动态性能和频率特性。 2.1 z 变换法 控制器的输入 数字控制器算法 z变换法的特点 (1)形式简单、直观,这种变换方法符合z变换的定义,通过z变换直接得数字控制器。 ——直接用z 变换,由模拟控制器求数字控制器 符合z变换定义 z变换的频率映射关系 (2)若D(s)稳定,则D(z)也稳定,而且变换前后频率不会发生畸变。 z变换法的特点 (3)产生频率混叠——将s平面上角频率以采样角频率为周期的所有信号,都重叠地映射到z平面上同一频率点的信号。 z变换法的特点 s平面角频率 与z平面角频率 之间的关系为: 按z变换定义 (3)频率混叠现象 z变换法的特点 虚轴 单位圆 左半平面 单位圆内 右半平面 单位圆外 (3)频率混叠现象 频率混叠将使数字控制器的频率响应与模拟控制器的频率响应的近视性变差,很少使用 为防止混叠现象发生,需要提高采样频率 2.2 差分变换法

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