东北大学自动化复习课件14数字控制器的直接设计方法.ppt

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 教学模块5 数字控制器的直接设计方法 东北大学· 计算机控制系统 本教学模块内容: 教学单元1-模块导学 教学单元2-最小拍控制器的设计方法 教学单元3-最小拍控制器的工程化改进 教学单元4-大林算法控制器的设计 教学单元5-大林算法工程应用中关键 参数的选择 教学单元1 模块导学 东北大学· 教学模块5 数字控制器的直接设计方法 熟悉 1、z变换与z反变换 2、典型输入信号的特征 （阶跃信号，速度信号，加速度信号） 掌握 1、离散系统脉冲传递函数的建立 2、系统的稳定性分析 3、系统稳态与暂态性能分析 1.1 学习本教学模块所需掌握的基础知识 模拟设计方法 模拟控制器的离散化 直接设计方法 1、根轨迹设计方法 2、频率响应设计方法 3、解析设计方法 1.2 数字控制器经典设计方法分析 （离散控制器） （离散对象） （1）最小拍控制 （2）大林算法 工程化应用问题 ① 学术研究能力 ② 工程应用能力 离散化设计方法——把连续部分离散化，把整个系统变成离散化系统，直接设计数字控制器D(z)——直接数字控制设计方法 1.3 解析设计方法基本原理 计算机控制系统的基本结构： u(k) Wd(z) D(z) + _ r(k) e(k) y(k) u(k) 直接数字化设计方法 Wh0(s)W(s) 部分分式法 留数计算法 解析设计方法基本原理 闭环系统传递函数： 闭环系统误差传递函数： （1） （2） 解析设计方法基本原理 于是得到： 设计步骤： 确定Wd(z) 确定WB(z)或We(z) 计算得到D(z) 编制控制算法（差分方程） （3） 解析设计方法基本原理 问题：如何给定WB(z)或We(z)? 考虑D(z)的物理可实现性 考虑闭环系统的稳定性（y(k)和u(k)收敛） 考虑满足系统的稳态指标的要求：准确性 考虑满足系统的暂态指标的要求 解析设计方法基本原理 物理可实现性： 指设计得到的数字控制器D(z)，在物理逻辑上必须满足因果关系。 判断D(z)在物理上能够实现的条件: 分母多项式最高阶次n大于或等于分子多项式的最高阶次m，即n≥m。否则就会出现要求数字控制器有超前输出，这是无法实现的。 解析设计方法基本原理 物理不可实现举例 对上式进行交叉相乘，得 z反变换，得 或 解析设计方法基本原理 稳定性： 指由计算机作为数字控制器的闭环控制系统，必须是稳定的。 计算机控制系统的稳定性包含两方面的含义： 一是整个系统的输出Y(z)能够较好地复现控制系统的输入R(z)，不能发散；进一步，当被控对象模型的参数发生微小变化时， Y(z)也不能发散； 二是数字控制器的输出U(z)不能发散，应以较少的振荡次数驱动系统的输出达到稳定状态。 解析设计方法基本原理 稳态指标：指系统的稳态误差指标，即准确性。 对于离散系统来说，要求在特定输入信号作用下，其输出序列值应该与输入序列值相等，即稳态误差为零，这就是“无差”的概念。 对于计算机控制系统来说，可能还会进一步要求系统在采样点之间也没有稳态误差。 解析设计方法基本原理 暂态指标：调节时间和超调量。 最小拍控制着重强调系统的调节时间，即系统的输出响应能够在尽量短的时间内，达到稳定状态； 大林控制算法则强调系统的超调量，即要求系统的输出响应无超调或很小的超调。 解析设计方法基本原理 ·教学单元一结束· 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16