自动控制系统第四章.ppt

4.3纯滞后控制技术4.3.1史密斯(Smith)预估控制4.3.2达林(Dahlin)算法在工业过程(如热工、化工)控制中，由于物料或能量的传输延迟，许多被控制对象具有纯滞后性质。对象的这种纯滞后性质常引起系统产生超调或者振荡。纯滞后：由于物料或能量的传输延迟引起的滞后现象；容量滞后：由于惯性引起的滞后。比如发酵过程，不是纯滞后。4.3.1史密斯(Smith)预估控制施密斯预估控制原理1具有纯滞后补偿的数字控制器21．施密斯预估控制原理原理分析：对于一个单回路系统若没有纯滞后，G（s）=GP(S)若有纯滞后，G（s）=，其中τ为纯滞后时间则，闭环传递函数的结构是那么，我们可以得到闭环传递函数的特征方程由于的存在，使得系统的闭环极点很难分析得到，而且容易造成超调和振荡。那么，如何消除分母上的？12345施密斯预估控制原理是：与D(s)并接一补偿环节，用来补偿被控制对象中的纯滞后部分。这个补偿环节称为预估器，其传递函数为，τ为纯滞后时间。由施密斯预估器和调节器D(s)组成的补偿回路称为纯滞后补偿器，其传递函数为经补偿后的系统闭环传递函数为经补偿后，消除了纯滞后部分对控制系统的影响，因为式中的在闭环控制回路之外，不影响系统的稳定性，拉氏变换的位移定理说明，仅将控制作用在时间坐标上推移了一个时间τ，控制系统的过渡过程及其它性能指标都与对象特性为Gp(s)时完全相同。具有纯滞后补偿的数字控制器我们来分析一种具有纯滞后补偿的数字控制器，该数字控制器由两部分组成：一部分是数字PID控制器(由D(s)离散化得到)；一部分是施密斯预估器。(1)施密斯预估器滞后环节使信号延迟，为此，在内存中专门设定N个单元作为存放信号m(k)的历史数据，存贮单元的个数N由下式决定。N=τ/T；式中：τ—纯滞后时间；T—采样周期；01每采样一次，把m(k)记入0单元，同时把0单元原来存放数据移到1单元，1单元原来存放数据移到2单元…，依此类推。从单元N输出的信号，就是滞后N个采样周期的m(k-N)信号。02u(k)是PID数字控器的输出，yτ(k)是施密斯预估器的输出。从图中可知，必须先计算传递函数Gp(s)的输出m(k)后，才能计算预估器的输出：yτ(k)=m(k)-m(k-N)。03施密斯预估器的输出可按下图的顺序计算。04预估器的传递函数为式中Kf——被控对象的放大系数；Tf——被控对象的时间常数；τ——纯滞后时间。许多工业对象可近似用一阶惯性环节和纯滞后环节的串联来表示4.2数字控制器的离散化设计技术由于控制任务的需要，当所选择的采样周期比较大或对控制质量要求比较高时，必须从被控对象的特性出发，直接根据计算机控制理论(采样控制理论)来设计数字控制器，这类方法称为离散化设计方法。离散化设计技术比连续化设计技术更具有一般意义，它完全是根据采样控制系统的特点进行分析和综合，并导出相应的控制规律和算法。4.2.1数字控制器的离散化设计步骤4.2.2最少拍控制器的设计4.2.3????最少拍有纹波控制器的设计4.2.4?最少拍无纹波控制器的设计连续化设计技术的弊端：要求相当短的采样周期！因此只能实现较简单的控制算法。4.2.1数字控制器的离散化设计步骤根据控制系统的性能指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数Ф(z)求广义对象的脉冲传递函数G(z)。求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)。根据D(z)求取控制算法的递推计算公式设数字控制器D(z)的一般形式为01数字控制器的输出U(z)为02因此，数字控制器D(z)的计算机控制算法为03按照上式，就可编写出控制算法程序。044.2.2最少拍控制器的设计工程应用背景：随动系统，伺服系统，运动控制，…最少拍控制的定义：所谓最少拍控制，就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态，且闭环脉冲传递函数具有以下形式式中N是可能情况下的最小正整数。这一形式表明闭环系统的脉冲响应在N个采样周期后变为零，输出保持不变，从而意味着系统在N拍之内达到稳态。1．闭环脉冲传递函数Ф(z)的确定由上图可知，误差E(z)的脉冲传递函数为Gc(s)典型输入函数对应的z变换B(z)是不