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时间:2019-06-26
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1、第四章数字控制器的直接设计最少拍无差系统的设计最少拍无波纹系统的设计w变换法设计纯滞后对象的控制算法——大林算法第四章数字控制器的直接设计间接设计法优点是可以充分运用工程设计者熟悉的各种连续系统的设计方法和经验,将它移植到数字计算机上予以实现,从而达到满意的控制效果。采样周期必须足够小,除必须满足采样定理外,还要求采样周期的变化对系统性能影响不大。当所选择的采样周期较大或对控制的质量要求较高以及用一台计算机实现多回路控制时,很难满足要求。第四章数字控制器的直接设计直接设计法从被控对象的特性出发,直接根据采样系统理论来设计数字
2、控制器系统设计的目标,是要设计一个数字控制器的脉冲传递函数D(z),利用它来控制被控对象,达到期望的性能指标第四章数字控制器的直接设计第四章数字控制器的直接设计直接设计法数字控制器D(z)确定的方法:参数优化方法先确定D(z)的结构,然后通过某一优化指标求出D(z)的参数,数字控制器的阶数是任意的,与被控对象结构无关与被控对象结构有关的设计方法按照某一期望的闭环响应或期望的误差响应等来设计数字控制器D(z)其结构依赖于对象的结构第四章数字控制器的直接设计第四章数字控制器的直接设计在已知对象特性的前提下,设计步骤为:求得带零阶
3、保持器的被控对象的广义脉冲传递函数G(z)根据系统的性能指标要求以及实现的约束条件构造闭环z传递函数Φ(z)确定数字控制器的传递函数D(z)第一节最少拍无差系统的设计最少拍无差系统,是指在典型的控制输入信号作用下能在最少几个采样周期内达到稳态无静差的系统。其闭环z传递函数具有如下形式n是可能情况下的最小正整数。闭环系统的脉冲响应在n个采样周期后变为零,即系统在n拍后到达稳态。第一节最少拍无差系统的设计对最少拍控制系统设计的具体要求如下:准确性要求对典型的参考输入信号而言,在到达稳态后,系统在采样点的输出值能准确跟踪输入信号,
4、不存在静差快速性要求系统准确跟踪输入信号所需的采样周期数应为最少稳定性要求数字控制器D(z)必须在物理上可以实现闭环系统必须是稳定的第一节最少拍无差系统的设计一、典型输入下最少拍系统的设计方法典型输入下最少拍系统的设计方法第一节最少拍无差系统的设计一、典型输入下最少拍系统的设计方法根据准确性要求,系统无稳态误差根据终值定理,有第一节最少拍无差系统的设计一、典型输入下最少拍系统的设计方法对于时间t为幂函数的典型输入函数z变换的一般形式为A(z)为不包含(1一z-1)因子的关于z-1的多项式第一节最少拍无差系统的设计一、典型输入
5、下最少拍系统的设计方法稳态误差为为使稳态误差为零F(z)是不包含零点z=1的z-1的多项式。第一节最少拍无差系统的设计一、典型输入下最少拍系统的设计方法快速性要求:对于典型的输入来说第一节最少拍无差系统的设计一、典型输入下最少拍系统的设计方法单位阶跃输入,第一节最少拍无差系统的设计一、典型输入下最少拍系统的设计方法单位阶跃输入,说明系统只需一拍(一个采样周期),输出就能跟随输入第一节最少拍无差系统的设计一、典型输入下最少拍系统的设计方法按照单位阶跃输入设计出的数字控制器第一节最少拍无差系统的设计一、典型输入下最少拍系统的设计
6、方法单位速度输入,第一节最少拍无差系统的设计一、典型输入下最少拍系统的设计方法单位速度输入,说明系统只需二拍(两个采样周期),输出就能跟随输入第一节最少拍无差系统的设计一、典型输入下最少拍系统的设计方法按照单位速度输入设计出的数字控制器第一节最少拍无差系统的设计一、典型输入下最少拍系统的设计方法单位加速度输入,第一节最少拍无差系统的设计一、典型输入下最少拍系统的设计方法单位加速度输入,说明系统只需三拍(三个采样周期),输出就能跟随输入第一节最少拍无差系统的设计一、典型输入下最少拍系统的设计方法输出为第一节最少拍无差系统的设计
7、一、典型输入下最少拍系统的设计方法三种典型输入下理想最少拍系统设计如表第一节最少拍无差系统的设计二、最少拍控制器的可实现性和稳定性要求物理上的可实现性要求是指控制器当前的输出信号,只能与当前时刻的输入信号、以前的输入信号和输出信号有关,而与将来的输入信号无关。这就要求数字控制器的传递函数D(z)不能有z的正幂项。D(z)一般表达式:第一节最少拍无差系统的设计二、最少拍控制器的可实现性和稳定性要求如果被控对象G(z)含有纯滞后由下式可知D(z)将含有的因子,故不能实现。因此必须含有,即要把纯滞后保留下来。这样得到的最少拍控制器
8、才是可以实现的。第一节最少拍无差系统的设计二、最少拍控制器的可实现性和稳定性要求稳定性要求在最少拍系统中,不但要保证输出量在采样点上的稳定,而且要保证控制变量收敛如果被控对象G(z)的所有零极点都在单位圆内,那么系统是稳定的第一节最少拍无差系统的设计二、最少拍控制器的可实现性和稳定性要求如
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