《计算机控制技术》第五章控制规律的离散化设计.ppt

第五章 控制规律的离散化设计 计算机控制规律设计：在给定性能指标的条件下设计出数字控制器，使系统达到要求。 方法：离散化设计方法、模拟化设计方法、状态空间设计方法、复杂控制规律设计方法。 其中离散化设计方法：解析法，图解法。 * 典型计算机控制系统如下图所示 D(z) Ho(s) Gc(s) e*(t) u*(t) E(z) U(z) r (t) + _ R(z) Φ (z) G(z) c (t) C (z) D(z) Ho(s) Gc(s) e*(t) u*(t) E(z) U(z) r (t) + _ R(z) Φ (z) G(z) c (t) C (z) 开环冲传递函数： 闭环脉冲传递函数： 误差脉冲传递函数： 设计步骤： 1、求出G(z)（零阶保持器） 2、求出闭环传递函数 3、确定出D(z)， 4、根据D(z)编制软件程序。 §10-1 最少拍控制系统的设计 最少拍无差系统是指在典型的控制输入信号作用下能在最少几个采样周期内达到稳定无静差的系统。 典型控制输入 时间序列 脉冲传递函数 单位阶跃输入： 单位速度输入： 单位加速度输入： 通式： 一、 典型输入下最少拍系统的设计方法 假设被控对象的脉冲传递函数G(z) 是稳定的，它在单位园上和单位园外没有零、极点，并且没有纯滞后。 若： 通常 m=1、2、3。 若取F(z)=1, 可以得到形式最简单，阶数最低的数字控制器。 单位阶跃输入时： 单位速度输入时： 单位加速度输入时： 系统的动态误差级数： 单位阶跃输入时： T 2T 3T 4T 5T t C（t） 1 0 单位速度输入时： 单位加速度输入时： ?对应于不同典型输入，系统经过T，2T，3T，系统达到稳定。 ?对应不同典型输入，为得到最少拍响应，应选择合适的Φe(z)。 ? 对应于典型输入，选定Φe(z)后，可根据G(z)得到D(z)。 三、最少拍控制的可实现性和稳定性要求 1、可实现性要求 nm 2、稳定性要求：D(z) 四、最少拍快速有波纹系统设计的一般方法 广义对象： 不含单位圆上与单位圆外的零极点和纯滞后环节； 为单位圆上或圆外零点； 为单位圆上或圆外极点 系统稳态误差为0满足： 系统可实现性满足： 系统稳定性满足： 综上： 注：降阶 当广义对象含有 的极点时， 降阶设计 例：设计计算机单位反馈控制系统， T=1秒，单位速度输入时，按最少拍法设计D(z)。 解：单位圆上或圆外的零点： u=0；单位圆上或圆外的极点：v=1； ? 单位阶跃输入时： ? 单位加速度输入时： nT C(nT) 12 8 4 例： D(z) Ho(s) Gc(s) e*(t) u*(t) E(z) U(z) r (t) + _ R(z) Φ (z) G(z) c (t) C (z) 已知： T = 0.2秒 试设计单位阶跃输入时，最少拍控制器D(z)。 解： 得： 解得： 1.0 0.5 T 2T 3T 4T 5T nT C(nT) 0 最少拍控制系统的局限性 ? 在采样点之间存在纹波 ? 系统的适应性差 ? 对参数变化过于灵敏 ? 控制作用易超过限定范围 例如 五、 最少拍无纹波系统的设计 最少拍无纹波设计的要求：在典型输入作用下，经过尽可能 少的采样周期以后，输出跟随输入，而且在非采样点上也没有纹波。 ● 纹波产生的原因 C(nT) nT nT nT nT e(nT) u(nT) v(nT) D(z) H0(s) GC(s) R(s) E(z) U(z) V(z) C(s) - ● 设计原理 系统的闭