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文檔簡介

教學模塊5數字控制器的直接設計方法東北大學·關守平guanshouping@計算機控制系統本教學模塊內容:教學單元1-模塊導學

教學單元2-最小拍控制器的設計方法

教學單元3-最小拍控制器的工程化改進

教學單元4-大林算法控制器的設計

教學單元5-大林算法工程應用中關鍵參數的選擇

教學單元1模塊導學東北大學·關守平guanshouping@教學模塊5數字控制器的直接設計方法熟悉1、z變換與z反變換2、典型輸入信號的特征（階躍信號，速度信號，加速度信號）掌握1、離散系統脈沖傳遞函數的建立2、系統的穩定性分析3、系統穩態與暫態性能分析1.1學習本教學模塊所需掌握的基礎知識模擬設計方法模擬控制器的離散化直接設計方法1、根軌跡設計方法2、頻率響應設計方法3、解析設計方法1.2數字控制器經典設計方法分析（離散控制器）（離散對象）（1）最小拍控制（2）大林算法工程化應用問題①學術研究能力②工程應用能力離散化設計方法——把連續部分離散化，把整個系統變成離散化系統，直接設計數字控制器D(z)——直接數字控制設計方法1.3解析設計方法基本原理計算機控制系統的基本結構：u(k)Wd(z)D(z)+_r(k)e(k)y(k)u(k)直接數字化設計方法Wh0(s)W(s)部分分式法留數計算法解析設計方法基本原理閉環系統傳遞函數：閉環系統誤差傳遞函數：（1）（2）解析設計方法基本原理于是得到：設計步驟：確定Wd(z)確定WB(z)或We(z)計算得到D(z)編制控制算法（差分方程）（3）解析設計方法基本原理問題：如何給定WB(z)或We(z)?考慮D(z)的物理可實現性考慮閉環系統的穩定性（y(k)和u(k)收斂）考慮滿足系統的穩態指標的要求：準確性考慮滿足系統的暫態指標的要求解析設計方法基本原理物理可實現性：指設計得到的數字控制器D(z)，在物理邏輯上必須滿足因果關系。判斷D(z)在物理上能夠實現的條件:分母多項式最高階次n大于或等于分子多項式的最高階次m，即n≥m。否則就會出現要求數字控制器有超前輸出，這是無法實現的。解析設計方法基本原理物理不可實現舉例對上式進行交叉相乘，得z反變換，得或解析設計方法基本原理穩定性：指由計算機作為數字控制器的閉環控制系統，必須是穩定的。計算機控制系統的穩定性包含兩方面的含義：一是整個系統的輸出Y(z)能夠較好地復現控制系統的輸入R(z)，不能發散；進一步，當被控對象模型的參數發生微小變化時，Y(z)也不能發散；二是數字控制器的輸出U(z)不能發散，應以較少的振蕩次數驅動系統的輸出達到穩定狀態。解析設計方法基本原理穩態指標：指系統的穩態誤差指標，即準確性。對于離散系統來說，要求在特定輸入信號作用下，其輸出序列值應該與輸入序列值相等，即穩態誤差為零，這就是“無差”的概念。對于計算機控制系統來說，可能還會進一步要求系統在采樣點之間也沒有穩態誤差。解析設計方法基本原理暫態指標：調節時間和超調量。最小拍控制著重強調系統的調節時間，即系統的輸出響應能夠在盡量短

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