第5章数字控制器的连续设计方法(改)讲义.ppt
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离散化设计方法(也称为直接设计方法):将被控对象和保持器组成的连续部分离散化,直接应用离散控制理论的方法进行分析和综合,设计出满足控制指标的离散控制器,由计算机实现。; 将D(s)离散成D(z)的方法有多种,离散化的实质是求得一个等效的控制器脉冲传递函数,使之与连续域的控制器传递函数在很多方面是相似的 ;6种常用的离散化方法;一阶差分变换法(后向差分); 后向差分的近似式是: ;后向差分法的映射关系分析;前向差分的近似式是:; ;用后向差分变换法离散;双线性变换法;双线性变换的映射关系分析 ;[例4-4] 将 Ts=1s双线性变换成D(z) ;应用:
使用方便,有一定精度和好的特性,应用较为普遍。
不需要校正稳态增益。
但高频特性严重失真,主要用于低通环节的离散化。;1. 定义: ;假设由连续设计求得 (5-5)
其脉冲响应为 (5-6)
单位脉冲的响应离散时间值为 ;[例5-1]用脉冲响应不变法将 离散成D(z),假设采样周期Ts=1s ;
补充例子 已知模拟控制器
求数字控制器D(z)。
解:
控制算法为: ;脉冲响应不变法的特点是:
(1) D(z)与D(s)的脉冲响应相同
(2) 若D(s)稳定,则D(z)也稳定
(3) D(z)不能保持D(s)的频率响应
(4) D(z)将 的整数倍频率变换到Z平面上的同一个点的频率,因而出现了频率混叠现象。;5.3.3 加零阶保持器的脉冲响应不变法;[例4-2] 用加零阶保持器的脉冲响应不变法离散离 ,假定采样周期Ts=1s ;5.3.5 频率预畸变的双线性变换法 ; 在模拟频率和离散频率之间却存在非线性关系。;频率预畸变原理;预畸变的双线性变换法步骤;[例4-5]已知;(3)调整直流增益;(1)将S平面左半面映射到Z平面单位圆内;定义: S域中零极点的分布直接决定了系统的特性,Z域中亦然。因此,当S域转换到Z域时,应当保证零极点具有一一对应的映射关系,根据S域与Z域的转换关系z=eTs,可将S平面的零极点直接一一对应地映射到Z平面上,使D(z)的零极点与连续系统D(s)的零极点完全相匹配,这等效离散化方法称为“零极点对应法”或“根匹配法”。 ;将s平面的零点或极点用;(1)从上述各方法的原理看,除了前向差分外,只要原有的连续系统是稳定的,则变换以后得到的离散系统也是稳定的。;(3)上述各种设计方法都有自己的特点,脉冲响应不变法可以保证离散系统的响应与连续系统相同。零极点匹配法能保证变换前后直流增益相同。双线性变换法可以保证变换前后持征频率不变。以上各种设计方法在实际工程中都有应用,可根据需要进行选择。;[例 4-6] 用零点极点对应法将下面D(s)变换成D(z)
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