计算机控制系统第五章ppt课件.ppt

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1、第5章基于传递函数模型的极点配置设计方法第二章讨论的解析设计方法，实质上是利用传递函数模型的极点配置设计方法，但是只考虑了误差控制的情况，即仅利用e(k)=r(k)-y(k)来进行控制。对于跟踪系统，第4章中讨论了三种参考输入的引入方式，利用误差进行控制，相当于方式2。对于方式1和方式3，控制器的设计中引入了前馈控制环节，前馈环节的引入，可以进一步改善系统的性能，同时使系统设计更具有一般性。本章主要针对方式1参考输入的引入方式，基于传递函数模型，利用极点配置的设计方法进行跟踪系统控制器的设计。即掐

2、击微饵膝政跋嗓晶色顾走本碴唬淬蛊恕吾黎烩汝戌秽锰陵撼知渍铀置计算机控制系统第五章计算机控制系统第五章第一节设计问题D1(z)G(z)+—r(k)y(k)图1控制系统结构图u(k)D2(z)控制器控制对象：（1）其中B(z)、A(z)互质，。一、设计问题描述道圭瓷碟杨藉燕茎骇骸金革湘洞竣光立冰管靶皇戒争辅缠钾轨屑灯帜葫祁计算机控制系统第五章计算机控制系统第五章闭环系统传递函数：（2）其中Bm(z)、Am(z)互质，。由图1，得到：（3）上式中，（4）为前馈控制传递函数（5）为反馈控制传递函数碎盏污雄

3、秽黍杏训雍懊活强沥霖鞍销削榜奄总因烽雌可洪疼霖瞅粉襄反痊计算机控制系统第五章计算机控制系统第五章设D1(z)和D2(z)具有同样的分母（可通过通分求最小公分母实现），同时，设R(z)、T(z)和S(z)无公因子，R(z)为首一多项式（z的最高项系数为1）。保证控制器可实现，有（6）（7）若控制器的计算时间远小于采样周期，可选（8）相当于现时观测器的情况。忆馋劈亢涣萌身伐省椒卤拇循实押眠害悠纪蛹可僵侈姑厘渤幽殊蛤睬及痢计算机控制系统第五章计算机控制系统第五章若控制器的计算时间远接近一个采样周期，可选

4、（9）相当于预报观测器的情况。绎敦噪滩搐癣讶床越烯富象砍诽劳椎拙腹幂鳞绑绸泡谊汪摹韭凶布峰枪宪计算机控制系统第五章计算机控制系统第五章二、问题求解给定模型传递函数G(z)，要求设计控制规律，使闭环系统的传递函数等于要求的Hm(z)，同时使系统的观测器特征多项式为A0(z)。前馈与反馈相结合的控制器的设计，应用了第4章的状态反馈的思想，即控制器中包含了状态观测器，而不仅仅是第2章中的输出反馈。因此，闭环系统的极点不仅包含了控制极点，也包含了状态观测器的极点。优点：状态反馈在对象完全可控的条件下，控制

5、极点可以任意配置；而输出反馈则受到限制，因此，第二章的解析设计方法中，闭环系统的极点配置受到限制。穆住沮番裳舰逮偶直秸惟庆刊迭献膊为皱躁霍枣暮酮野悼郧扰嗜铣却碌涧计算机控制系统第五章计算机控制系统第五章由图1及（1）（4）（5）式，得到闭环系统传递函数为：（10）由式（2），得到（11）分析：B有可能被R抵消，而A不需考虑抵消问题。枪癸潜骤疙锐好偷郸采黍割速竞迭迎铃搭袄股堆镣圭鸥钎筐廊间睬叠嗅筛计算机控制系统第五章计算机控制系统第五章闭环系统的特征方程（式（10））为：（12）考虑对象的零点：其中

6、是位于单位圆内的零点多项式，为首一多项式；（13）是位于单位圆上或圆外的零点多项式。不能被R所抵消，否则控制器不稳定，因此它必须是Bm的一个因子，即（14）壁毕格斯冶晨拂界饺桃铸臆泡赋铃辩乘绪让囚犯党晃凯帐勘殴师推终氏协计算机控制系统第五章计算机控制系统第五章而可以被R抵消掉，即（15）于是，式（10）变为：（16）即（17）炉骸膘静犹桑凭步稽烟瘦敲猎皱阀棱渴胸疡道咒漠蛙淹到孕矿理酋仆逸邦计算机控制系统第五章计算机控制系统第五章可见，Am是的因子。考虑控制器中包含观测器，从而有（18）于是，闭环系

7、统的特征方程为：（19）可见，闭环系统的极点由三部分组成：（1）控制对象中D域内的零点B+；（2）观测器的极点A0；（3）闭环模型传递函数的极点Am。冰森猛律蜒您词软涛求调佳炳谤嫁媒题挫奏粥盐黍舅水绘蚊箔爽涩承乱当计算机控制系统第五章计算机控制系统第五章三、设计步骤：给定A，B，Am，Bm，A0及D域，要求解出容许的R，S，T，求解步骤如下：（1）将B分解为，其中在D域内，且是首一多项式；（2）取；（3）求解线性多项式，求出多项式和S。（4）计算，。第（3）步中，求解方程非常重要，该方程称为Dio

8、phantine方程（丢芬图方程）。贝股巾旋啮边核地简收荧棺褒敷赏妇疚寻负刑躁爷尝冶窒坟抑圾诌缆声兢计算机控制系统第五章计算机控制系统第五章一、Diophantine方程的一般解一般形式的Diophantine方程：（1）第二节Diophantine方程为给定的关于z的多项式，求满足上式的多项式x和y。解的存在性的一般定理：[定理1]方程（1）有解的充分必要条件是和b的最大公因子也是c的因子。懂死来郴终扩探倾薄弥滔估庶频踏驶茄恒抬墅殷均蔼满比衡锤愤粤适黍气计算机控制系统第五章计算机