第5章离散化的设计ppt课件.ppt

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1、数字控制器D(z)保持器Gh0(s)连续对象G(s)r(t)y(t)Gd(z)直接设计法设计准则：1.构造闭环H(z)，分子分母阶次差与Gd(z)相同。2.H(z)包含Gd(z)单位圆附近及圆外零点，H(z)的极点可按相应连续系统的闭环极点转换而配置。3.H(z)应满足对系统稳态误差的要求。有限拍控制系统设计系统在典型信号作用下，经过有限拍（即有限个采样周期T），使其输出的稳态误差为零。对H(z)、He(z)的约束:快速性、准确性、稳定性、物理可实现性设单位圆上或单位圆外的极点零点为：例1跟踪阶跃输入跟踪速度输入124124跟踪阶跃输入跟踪速度输入124124221

2、242跟踪阶跃输入跟踪加速度输入1242跟踪速度输入1242控制器输出u(t)、系统输出y(k)（每隔0.5s）例2对例1阶跃输入下设计的系统，求保持器的输出和系统的输出例3已知对象特性设计单位阶跃输入下的有限拍控制器D(z)，T=0.2s。求得5.2.3几点结论(5)仅由有限拍稳态误差为零准则设计的系统，输出y(t)若有振荡，在采样点上是观测不到的，称为隐藏振荡，或样点间脉动。5.2.4有限拍无振荡系统设计——系统在典型信号作用下，经有限拍，使控制器输出无振荡，采样输出误差为零。数控系统的离散时间性质，决定其仅在采样点上是闭环反馈。采样点间开环控制，因此y(k)

3、的振荡在误差信号采样点上反映不出来。设研究的对象特性G(s)无产生振荡的极点。按对H(z)的约束构造之H(z)，仅保留Gd(z)不在单位圆内的零点，因此对象Gd(z)在单位圆内的零点成为D(z)的极点。如果这些极点有产生衰减振荡的单极点或共轭复极点，则u(t)、y(t)有振荡。1.系统设计对例1的被控对象，设计针对单位阶跃有限拍无振荡系统，T=1s。系统检验：2.几点结论有限拍无振荡与有振荡设计，对同一对象，同一典型输入，前者比后者系统的调整时间延长。无振荡设计，控制器极点不包含对象的零点。无振荡环节，U(z)对R(z)的Z传函是z-1升幂的有限多项式，u(k)无振

4、荡。无振荡设计，u(k)无振荡。对阶跃输入，若Gd(z)有积分环节，经有限拍，u(k)=0；若无积分环节，经有限拍，u(k)=常数。对速度输入，若Gd(z)有积分环节，经有限拍，u(k)=常数；若无积分环节，经有限拍，u(k)恒速变化。某一典型输入下无振荡设计，在其他典型输入下，输出也无振荡。3.引入加权因子4.极点位置与有限拍设计5.采样周期的选择在有限拍设计时，T越小，过渡过程越短，但不可无限短。确定T的下限准则为：系统各环节必须工作在线性范围内，同时满足实时性要求。有限拍设计不足之二是，系统设计过于依赖对象极点位置，系统参数变化会引起极点偏移，因此工程上不易实

5、现有限拍设计。5.3对象具有时延的控制系统设计本节针对具有时延的连续对象，设计两种D(z)：史密斯预报器（Smithpredictor）和大林算法(Dahlinalgorithm)。5.3.1史密斯预报器5.3.2大林算法带零阶保持器的一阶对象z传递函数系统闭环传递函数大林算法的数字控制器对于二阶系统去掉振铃因子后的响应系统响应振铃及其抑制说明：D(z)修改后，会影响H(z)，要检验；Gd(z)含单位圆外零点时，D(z)不稳定，解决办法与消除振铃一样，使z=1；大林算法只适用于对象稳定情况振铃有主次之分，一般应消除主要的。6.7w变换法求广义对象Gd(z)w变换令w

6、=jv，得到Gd(jw)，在w平面画幅频、相频特性设计D(w)D(w)->D(z)-90-180-90-1806.8小结配置所希望的系统动特性极点：也即希望H(z)具有接近连续系统相对阻尼比，自然频率为ω0的动特性，T越小，二者越接近。系统的Z域设计，是在已知对象特性G(s)情况下，先构造希望的闭环特性H(z)，再设计数字控制器D(z)的过程。1.构造H(z)——确定其增益、零点与极点的过程，受对象特性Gd(z)、及控制器D(z)可实现等因素的制约。（1）Gd(z)与T有关，z=0的极点数与G(s)的时延和T有关；（2）H(z)的极点应包含两部分：包含Gd(z)中

7、z=0的所有极点（代表对象时延），否则D(z)物理上不可实现；思考与练习