东北大学自动化复习课件22微分环节的处理措施与工程实现方法.pptVIP

25 26 微分环节对高频干扰信号比较敏感，一般较少直 接采用。实际应用中，微分功能常采用在微分环 节前增加一阶惯性滤波环节来实现，被称作不完 全微分环节。其传递函数如下： 从上面传递函数看，不完全微分环节相当于一个比 例环节和一个一阶惯性滤波环节的并联。 4.4 微分控制功能的工程化实现方法分析(1) 微分环节与不完全微分环节的功能对比： 4.4 微分控制功能的工程化实现方法分析(2) 微分环节： 不完全微分环节： 微分环节与不完全微分环节的功能对比： 4.4 微分控制功能的工程化实现方法分析(3) 微分环节输出： 不完全微分环节输出： 输入信号： 微分环节与不完全微分环节的功能对比： 4.4 微分控制功能的工程化实现方法分析(4) 微分环节： 不完全微分环节： 输入信号： 微分环节与不完全微分环节的功能对比： 4.4 微分控制功能的工程化实现方法分析(5) 微分环节输出： 不完全微分环节输出： 影响微分环节数学功能正确实现的因素：量化误差, 数字控制器的输出限幅值影响。 对于纯微分环节的程序实现，后向差分离散优于双 线性变换离散方法。 在后向差分离散方法的基础上，对数字微分算法进 行修正，在任意采样周期下，可使数字微分控制器 更好地达到预期效果。 输入加双极对称三角波信号，观察分析输出响应， 这是检验数字微分控制器性能比较简便的方法。 4.5 本单元总结 采用纯微分控制要求控制器输入信号无高频干扰， 否则控制器输出很容易达到饱和限幅值。 实际应用中，微分功能常采用不完全微分环节（在 微分环节前增加阶惯性滤波环节）来实现。 4.5 本单元总结 ·教学单元四结束· 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 教学单元4微分环节的处理措施与工程实现方法 东北大学· 教学模块6 数字控制器实现中的关键技术 微分环节的处理措施与工程实现方法(1) 影响微分环节数学功能正确实现的因素： 量化误差; 数字控制器的输出限幅值。 本单元的研究内容将围绕着这一问题而展开。 本单元主要内容： (1). 对控制器中含微分环节的处理措施； (2). 后向差分离散方法的微分情况分析； (3). 双线性变换离散方法的微分情况分析； (4). 微分控制功能的工程化实现方法分析； PID控制算法中的微分环节对改善系统超调量等动态性 能具有重要作用，但它对高频干扰信号比较敏感，一般 较少直接采用。实际应用中，微分功能常采用在微分环 节前增加一阶惯性滤波环节来实现，由此形成的微分功 能被称作不完全微分环节。其传递函数如下： 从上面传递函数看，不完全微分环节相当于一个比例环 节和一个一阶惯性滤波环节的并联，实际上在对其离 散、编程过程中，回避了纯微分环节的实现问题。 微分环节的处理处理措施与工程实现方法(2) 纯微分环节除易受高频干扰影响外，其自身在程序实 现方面上也存在需要特别注意的问题。在控制器中若 含微分环节，须将其分离出来，进行单独处理。 在经过化简整理后的脉冲传递函数中，我们无法分离 出纯微分环节。在模拟化设计方法中，在模拟控制器 设计阶段，当控制器传递函数的分子阶次高于分母阶 次时，可分离出纯微分环节。 高阶微分控制很少采 用，本单元仅对常用的一阶微分 控制的算法问题进行深入分析讨论。 4.1 对纯微分环节的处理措施(1) 分子阶次高于分母阶次的控制器传递函数： 对上式分离出纯微分环节，控制器传递函数转化为如下 形式： 该表达式的后面部分为纯微分环节，在程序设计时需要 专门处理。 4.1 对纯微分环节的处理措施(2) 影响微分环节数学功能的因素： 量化误差； 数字控制器的输出限幅值。 微分环节的程序设计目标就是希望其达到模拟微分控制 器的效果，检验微分控制器的功能，采用斜坡函数作为 输入来检验最为有效。 对模拟微分控制器和程序实现的数字微分控制器的输入 加斜坡函数，对它们的输出响应进行对比分析，可以发 现量化误差对数字微分控制器的严重影响。下面通过 举例来说明。 4.2 后向差分离散方法的微分情况分析(1) 例4.1：微分控制器的传递函数为