计算机测控技术与系统第3章-计算机测控系统的控制技术.pptVIP

**一阶滞后对象因此采用PI控制器即可获得较好的控制效果，使二阶滞后对象因此采用标准的PID控制器就能获得较好的控制效果，使**纯滞后对象此为积分控制器，令被控对象为此为比例微分控制器，使**某计算机测控系统如图所示，被控对象的传递函数为采样周期设计举例解：为了研究闭环系统的单位阶跃响应，首先求出被控对象的广义脉冲传递函数：**求出系统的闭环脉冲传递函数系统输出为单位阶跃输入时所以，有控制器采用比例控制，即**系统的稳态响应为对于单位阶跃输入，该系统的稳态误差为取1,2,4,8值时系统的响应曲线**为了消除系统对单位阶跃输入时的稳态误差，引入积分项，控制器采用比例积分控制（PI），即取系统的稳态响应为可见，系统的稳态误差为**取0.01,0.1,0.2,0.4值时由MATLAB软件仿真出的系统闭环响应曲线**控制器采用比例积分微分控制（PID），即取取0.5,1.5,3,10值时由MATLAB软件仿真出的系统闭环响应曲线。**3.3纯滞后测控系统的设计纯滞后是指输入端无论发生什么变化，输出端都是在τ时间以后才会有相应的变化,τ就是纯滞后时间。纯滞后会导致扰动不能被及早察觉，调节不及时，使系统的稳定性下降，过渡过程特性变坏，具体说，超调量增加，振荡周期和调节时间加长。纯滞后越大，这种情况越严重。通常用纯滞后时间τ与被控对象惯性时间常数Tp之比来衡量被控过程纯滞后的大小。称被控过程具有一般的纯滞后，可以通过常规控制方法获得较好的控制效果。称被控过程具有大滞后，用常规控制算法很难得到满意的控制效果即使常规PID调节器参数整定的极好，系统输出响应的超调量也会和无控制的情况相近**1.Smith预估控制针对闭环特征方程含有的影响系统控制品质的纯滞后问题，1957年Smith提出了一种预估补偿控制方案，即在PID反馈控制基础上，引入一个预估补偿环节，使闭环特征方程不含有纯滞后，从而可以提高控制质量。（1）Smith预估补偿控制原理设被控对象传递函数为****式中的D(s)是常规的PI或PID调节器。**可见，带纯滞后补偿的闭环系统与理想结构是一致的，其特征方程为：纯滞后补偿控制系统在单位阶跃输入时，输出量Y(t)的响应曲线和系统的其他性能指标与控制对象不含纯滞后时完全相同，只是在时间轴上滞后τ。**（2）Smith补偿器的计算机实现以一阶对象为例：离散化处理为：式中，（取整数）。**计算机实现一阶滞后对象的smith补偿的结构图（取整数）**2.数字控制器的直接设计方法计算机测控系统的模拟化设计方法虽然是一种近似方法，但由于使用方便，容易掌握，至今仍然被广泛地采用。但是当采样周期比较大时，将模拟调节器离散化后近似程度很低，会使系统性能比期望的性能差很多，甚至导致系统的不稳定。如果能运用Z变换的数学工具和离散系统的分析方法，在z平面直接进行计算机测控系统的设计，则是一种精确设计方法，这便是计算机测控系统的离散化设计方法，也称为直接数字化设计方法。它需要知道被控对象的传递函数，但它能使我们规定输出量所要求的响应特性，是从被控对象的特性出发，直接根据采样理论设计的，可以获得较高的控制质量。****图中G(z)定义为系统广义脉冲传递函数。根据自动控制理论，可以得到控制系统的闭环脉冲传递函数为由上式可求得数字控制器D(z)为因此，若已知系统广义脉冲传递函数G(z)，且可根据系统设计要求和控制系统性能指标构造出Φ(z)，就可以根据上式直接求出数字控制器。**（1）设计假想的模拟控制器D(s)根据给定被控对象的特性及设计要求的性能指标，采用根轨迹法、频率特性法等连续系统的设计方法，设计出模拟控制器D(s)。计算机测控系统中的数字控制器具体设计步骤如下（2）合理选择采样周期T采样定理给出了从采样信号恢复连续信号的最低采样频率，理论上应根据采样定理选择采样周期，但实际上，被控对象的物理过程和参数变化比较复杂，难以获得模拟信号的最高频率。所以应从以下几个方面综合考虑，选择出合适的采样周期。**从被控对象的特性方面考虑若被控对象是慢速的热工或化工对象时，采样周期一般可以取得大一些。对于这种测控系统，被控对象的惯性时间常数往往起主要作用。常见对象的采样周期经验值被测参数采样周期说明流量1—5优先选用1—2s压力3—10优先选用6—8s液位6—8优先选用7s温度15—20或纯