东北大学自动化复习课件17大林算法控制器的设计.pptVIP

24 25 26 27 对于带纯滞后的二阶惯性环节，有 大于零 小于零，且 引起振铃现象 结论： 振铃现象及其消除方法 振铃幅度RA： 在单位阶跃作用下数字控制器第0拍输出与第1拍输出的差值来衡量振铃现象强烈的程度。 归一化处理 对于带纯滞后的二阶惯性环节： 振铃现象及其消除方法 消除振铃现象的方法： 找出 D(z) 中引起振铃现象的因子（z=-1 附近的极点），然后令其中的 z=1。 结果： 消除了振铃现象，不影响稳态值，改变了系统动态特性 终值定理 见下页 对于二阶环节： 目标：消除 方法：消除 令 z=1 振铃现象及其消除方法 消除振铃极点后控制器的形式为: 例4.3 对例4.2的被控对象，考虑消除振铃现象的影响，试用大林控制算法设计数字控制器D(z). 解：根据例4.2，数字控制器传递函数模型为： 振铃因子，令 z=1 于是控制器传递函数模型变为： 振铃现象及其消除方法 令振铃因子 z=1 后系统的控制信号和输出信号曲线: 效果：消除了振铃现象 出现了超调，过渡过程时间变长 振铃现象及其消除方法 ·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 教学单元4 大林算法控制器的设计 东北大学· 教学模块5 数字控制器的直接设计方法 大林算法研究意义: 最小拍控制：时间最优，其它动态指标无约束。 大林算法：约束超调量，对调节时间不加以严格限制。 纯滞后系统 大林算法 Smith预估 特例 PID控制 适合于滞后较小的情况 4.1 大林算法设计原理 被控对象为带有纯滞后的一阶或二阶环节： 大林算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器，使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，即： T0比T1和T2中最小的还要小。 滞后与被控对象相同 思考：给定的闭环系统传递函数WB(s)的增益为何为1？ 大林算法设计原理 整个系统的闭环脉冲传递函数为： 为什么加零阶保持器？ 原因： （1）加入零阶保持器：保证离散前后的阶跃响应相等 （2）不加零阶保持器：保证离散前后的脉冲响应相等 大林算法设计原理 得到控制器传递函数为： 被控对象模型的脉冲传递函数 思考：该种形式的D(z)对被控对象有何要求？ 大林算法设计原理 对象为具有纯滞后的一阶惯性环节时： 得到控制器传递函数为： 大林算法设计原理 对象为具有纯滞后的二阶惯性环节时： 得到控制器传递函数为： 其中： 大林算法设计原理 例4.1 已知某控制系统被控对象的传递函数为 采样周期 T=0.5s，试用大林算法设计数字控制器。 解：系统广义被控对象传递函数为 大林算法设计原理 求得广义被控对象的脉冲传递函数为： 于是得到数字控制器D(z)： 取 大林算法设计原理 阶跃输入下系统控制信号序列和阶跃响应序列： 大林算法设计原理 例4.2 被控对象为带有纯滞后的二阶惯性环节 采样周期 T=2s，试用大林算法设计数字控制器D(z)。 解：首先计算对象模型离散化后的参数 大林算法设计原理 选取闭环传递函数中的时间常数： 得到数字控制器的传递函数模型： 大林算法设计原理 阶跃输入信号下系统控制信号序列和阶跃响应序列： 控制量振荡收敛 振铃现象 振荡周期：4s. 系统采用周期 T=2s 大林算法设计原理 4.2 振铃现象及其消除方法 振铃（Ringing）现象：指数字控制器的输出以1/2采样频率大幅度衰减的振荡。 结果： 对系统的输出几乎无任何影响 被控对象中惯性环节的低通滤波特性 增加执行机构的磨损，还有可能影响到系统的稳定性 思考题： 振铃现象与纹波现象的区别与联系？ 振铃现象原因分析： 控制器输出 U(z) 与参考输入 R(z) 之间的关系为： 于是得到： 若Wu(z)有或有接近于 z=-1 的极点，则将引起输出序列u(k)的振荡。 振铃现象及其消除方法 对于带纯滞后的一阶惯性环节有: 大于零 结论： 不存在负实轴上的极点，因此不存在振铃现象。 振铃现象及其消除方法 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27