最新数字PID控制器说课材料.ppt

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1、第五章数字PID控制器__________________________________________________计算机控制系统的设计，是指在给定系统性能指标的条件下，设计出控制器的控制规律和相应的数字控制算法。①常规控制技术介绍数字控制器的连续化设计技术和离散化设计技术；②复杂控制技术介绍纯滞后控制、串级控制、前馈—反馈控制、解耦控制、模糊控制。__________________________________________________2021/8/531．用经典控制理论设计连续系统模拟调节器，然后用计算机进行数字模拟，这种方法称为模拟化设计方法。

2、2．应用采样控制理论直接设计数字控制器，这是一种直接设计方法（或称离散化设计）数字PID控制器的设计是按照1进行的。连续生产过程中,设计数字控制器的两种方法:__________________________________________________5.1数字控制器的连续化设计技术控制系统的设计问题由三个基本要素组成，它们是模型、指标和容许控制，三者缺一不可。性能指标的提法随设计方法的不同而不同，最常见的有时域指标、频域指标、零极点分布及二次型积分指标等。+_图4-1计算机控制系统的结构图数字控制器零阶保持器被控对象e(t)e(k)u(k)u(t)r(t)y

3、(t)TT扰动v(t)稳态性能指标动态性能指标抗干扰性能对控制作用的限制__________________________________________________计算机控制系统的结构图：这是一个采样系统的框图：控制器D(z)的输入量是偏差，U(k)是控制量H(s)是零阶保持器G(s)是被控对象的传递函数数字控制器的连续化设计步骤__________________________________________________1.假想的连续控制器D(S)设计的第一步就是找一种近似的结构，来设计一种假想的连续控制器D(S)，这时候我们的结构图可以简化为：已知

4、G(S)来求D(S)的方法有很多种，比如频率特性法、根轨迹法等。__________________________________________________2.选择采样周期T香农采样定理给出了从采样信号恢复连续信号的最低采样频率。在计算机控制系统中，完成信号恢复功能一般由零阶保持器H(s)来实现。零阶保持器的传递函数为：其频率特性为从上式可以看出，零阶保持器将对控制信号产生附加相移(滞后)。对于小的采样周期，可把零阶保持器H(s)近似为：__________________________________________________我们能从上式得出什么

5、结论呢？上式表明，当T很小时，零阶保持器H(s)可用半个采样周期的时间滞后环节来近似。它使得相角滞后了。而在控制理论中，大家都知道，若有滞后的环节，每滞后一段时间，其相位裕量就减少一部分。我们就要把相应减少的相位裕量补偿回来。假定相位裕量可减少5°～15°，则采样周期应选为：其中ωC是连续控制系统的剪切频率。按上式的经验法选择的采样周期相当短。因此，采用连续化设计方法，用数字控制器去近似连续控制器，要有相当短的采样周期。__________________________________________________3.将D(s)离散化为D(z)(1)双线性变换

6、法(2)前向差分法(3)后向差分法__________________________________________________(1)双线性变换法双线性变换或塔斯廷（Tustin）近似__________________________________________________双线性变换也可从数值积分的梯形法对应得到。设积分控制规律为两边求拉氏变换后可推导得出控制器为当用梯形法求积分运算可得算式如下上式两边求Z变换后可推导得出数字控制器为__________________________________________________(2)前

7、向差分法利用级数展开可将Z=esT写成以下形式Z=esT=1+sT+…≈1+sT由上式可得__________________________________________________前向差分法也可由数值微分中得到。设微分控制规律为两边求拉氏变换后可推导出控制器为采用前向差分近似可得上式两边求Z变换后可推导出数字控制器为__________________________________________________(3)后向差分法利用级数展开还可将Z=esT写成以下形式____________________________________