-第四章-常规及复杂控制技术.ppt

4.1 数字控制器的连续化设计技术 4.1.1 模拟化设计步骤 1. 设计假想的模拟控制器D(s) 2. 正确地选择采样周期T 2. 正确地选择采样周期T 2. 正确地选择采样周期T 3. 将D(s)离散化为D(z) 4. 求出与D(z)对应的差分方程 5. 根据差分方程编制相应程序校验 4.2 数字PID控制算法 过程控制系统 过程控制系统动态性能指标 4.2.1 PID控制规律及其基本作用 4.2.2 标准数字PID控制算法 增量型PID控制算法特点 增量型PID控制算法流程（P107图4-6） 4.2.3 改进的数字PID控制器 1. 积分分离PID控制算法 2. 抗积分饱和的PID控制 3. 梯形积分 4. 消除积分不灵敏区的PID控制 5. 不完全微分PID控制算法 6. 微分先行PID控制算法 7. 带死区的PID控制算法 4.2.4 数字PID调节器参数的整定方法 1. 扩充临界比例度法整定PID参数 2. 扩充响应曲线法整定PID参数 3. 试凑法 4.3 数字控制器的直接设计方法 4.3.1 数字控制器的直接设计步骤 4.3.1 数字控制器的直接设计步骤 4.3.2 最少拍控制器的设计 1 闭环脉冲传递函数的确定 1 闭环脉冲传递函数的确定 2 典型输入下的最少拍控制系统 （1）阶跃输入 （2） 单位速度输入 （3）单位加速度输入 2 最少拍有纹波控制器的设计 3 最少拍无纹波控制器的设计 4.4 纯滞后控制技术 4.4.1 施密斯（Smith）预估控制 4.4.1 施密斯（Smith）预估控制 4.4.1 施密斯（Smith）预估控制 4.4.1 施密斯（Smith）预估控制 4.4.2 达林（Dahlin）算法 4.5 串级控制技术 4.5 串级控制技术 4.5 串级控制技术 4.5 串级控制技术 4.5 串级控制技术 4.5 串级控制技术 副回路微分先行串级控制算法 4.6 前馈－反馈控制技术 前馈控制结构 前馈－反馈控制结构 前馈－串级控制结构 解耦控制技术 解耦控制技术 本章重点 本章作业 P144 1－8题 9. 被控对象中有1秒的纯滞后时间，采样周期T为1秒，输入为单位阶跃函数，广义被控对象的Z变换表达式如下。试设计最少拍有纹波控制器并写出输出的表达式。 也称离散化设计方法，是Z平面上的设计方法，它根据系统的性能要求，运用离散控制理论，直接设计控制系统的数字控制器。 4.3.1 数字控制器的直接设计步骤 4.3.2 最少拍控制器的设计 4.3 数字控制器的直接设计方法 (1)根据控制系统的性质指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数Φ(z)。 (2)求广义对象的脉冲传递函数G(z)。 (3)求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)。 (4)根据D(z)求取控制算法的递推计算公式。 4.3 数字控制器的直接设计方法 2 典型输入下的最少拍控制系统 3 最少拍有纹波控制器的设计 1 闭环脉冲传递函数的确定 最少拍控制：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，且闭环脉冲函数为： N为可能情况下的最小正整数。 4.3 数字控制器的直接设计方法 4.3 数字控制器的直接设计方法 误差E(z)的脉冲传递函数为 ： 根据Z变换的终值定理，系统的稳态误差： 若要使 则 其中： 可知 具有 的最高幂次为 N=p+q，此时系统的闭环响应在采样点的值N拍后可达到稳态。特别的：当p=0时， 即为最少拍控制 。 4.3 数字控制器的直接设计方法 阶跃输入： 等速输入： 等加速输入： 4.3 数字控制器的直接设计方法 4.3 数字控制器的直接设计方法 4.3 数字控制器的直接设计方法 4.3 数字控制器的直接设计方法 最少拍控制器的局限性 对典型输入的适应性差 可实现性问题 稳定性问题 最少拍有纹波控制系统设计方法 例子 4.3 数字控制器的直接设计方法 设计最少拍无纹波控制器的必要条件 最少拍无纹波系统确定 的约束条件 最少拍无纹波系统确定 的方法 例子 4.3 数字控制器的直接设计方法 在许多工业过程（如热工，化工）控制中，由于物料或者能量的传输延迟，许多被控对象都具有纯滞后性质，常常会引起系统产生超调或振荡。 常用的解决滞后问题的控制方法： 4.4.1 施密斯（Smith）预估控制 4.4.2 达林（Dahlin）算法 施密斯（Smith）预估控制原理：与D(s)并接上一个补偿环节，用来补偿被控对象中的纯滞后部分，这个补偿环节