最新第4章常规及复杂控制技术PPT课件.ppt

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1、第4章常规及复杂控制技术数字控制器的设计方法：连续化设计：采样周期短、控制算法简单的系统。忽略零阶保持器和采样器，求出系统的连续控制器，以近似方式离散化为数字控制器。离散化设计：采样周期长的或控制复杂的系统。直接使用采样控制理论设计数字控制器。数字滤波，就是在计算机中用某种计算方法对输入的信号进行数学处理。以便减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性。常用的数字滤波方法：限幅滤波法、中位值滤波法、平均值滤波法和惯性滤波法。4.1数字滤波和数据处理4.1.1数字滤波5.加权递推平均滤波法前述方法采样值权值均等进行平均，会造成较大的滞后。加权递推平均滤

2、波算法；对不同时刻的数据加以不同的权，通常越接近现时刻的数据；权取得越大,N项加权递推平均滤波算法为式中，C0,C1,……，CN-1为常数，且满足如下条件C0十C1+……+CN-1＝1并C0＞C1＞……＞CN-1＞0常系数C0，C1，……，CN-1选取有多种方法，其中最常用的是加权系数法。设τ为对象的纯滞后时间，且R＝1+e-τ+e-2τ+……+e-(N-1)ττ越大，R越小，则给予新的采样值的权系数就越大，提高新的采样值在平均过程中的比重。适用于有较大纯滞后时间常数的对象和采样周期较短的系统。实际应用：平均值滤波法适用于周期性干扰。中位值滤波法和限幅滤

3、波法适用于偶然的脉冲干扰。加权平均值滤波法适用于纯迟延较大的被控制对象。4.1.2数据处理1.线性化处理(1)孔板差压与流量(4—6)式中K是流量系数。可采用牛顿(Newton)迭代法。设(4—7)(2)热电偶的热电势与温度T=a4E4+a3E3+a2E2+a1E+a0(4—8)用多段折线代替非线性函数。2.标度变换(1)线性参数的标度变换线性参数，一次仪表测量值与A／D转换结果具有线性关系,标度变换公式为：(4—9)式中：A0——一次测量仪表的下限；Am——一次测量仪表的上限；Ax——实际测量值（工程量）；N0——仪表下限对应的数字量；Nm——仪表上限对

4、应的数字量，Nx——测量值所对应的数字量。其中A0，Am，N0，Nm对于某一个固定的被测参数来说是常数，A0＝0所对应的A／D输出值N0＝0，上式可化为：(4—10)有时，工程量的实际值还需经过一次变换。这时上式应再乘上一个比例系数，即：(4—11)例4—1某热处理炉温度测量仪表的量程为200～800℃，在某一时刻计算机采样并经数字滤波后的数字量为0CDH，求此时温度值为多少？(设仪表量程为线性的)解：已知A0＝200℃，Am＝800℃，Nx＝0CDH＝(205)D，Nm＝0FFH＝255，根据式(4—10)，此时温度为＝(800—200)十200＝682(

5、℃)(2)非线性参数的标度变换差压变送器信号△P与流量Q的关系为据此，可得测量流量时的标度变换式为（4—12）式中：Qx——被测量的流量值；Qm——流量仪表的上限值；Q0——流量仪表的下限值；Nx——差压变送器所测得的差压值(数字量)；Nm——差压变送器上限所对应的数字量；N0——差压变送器下限所对应的数字量。对于流量测量仪表，一般下限为取0，此时Q0＝0，N0＝0，故上式变为(4—13)4.2数字PID控制4.2.1基本PID控制×PID－比例P,积分I,微分DPID调节器之所以经久不衰，主要有以下优点。1.技术成熟2.易被人们熟悉和掌握3.不需要建立数学

6、模型4.控制效果好数字PID控制器－用计算机实现PID控制，即把模拟PID控制规律数字化，并进一步结合计算机的逻辑判断功能使PID控制更加灵活。1.模拟PID调节器控制规律拉氏变换求传递函数其中：KP为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数。比例作用：迅速反应误差，从而减小误差，但不能消除稳态误差，过大容易引起不稳定；积分作用：消除静差，但会滞后，并容易引起超调，甚至出现振荡；微分作用：减小超调，克服振荡，提高稳定性，加快系统动态响应速度，改善系统的动态特性。2.数字PID调节器采样周期相当短时，用数值逼近的方法实现PID控制规律：用求和代替积分、

7、用后向差分代替微分，使模拟PID离散化为差分方程。（1)数字PID位置型控制算法位置型控制算法提供执行机构的位置u(k)，比如阀门的开度，需要累计e(i)（2）数字PID增量型控制算法根据位置型控制算法写出u(k-1)：u(k)-u(k-1)可得：为编程方便，可以整理得到：其中增量型控制算法提供执行机构的增量△u(k)，比如步进电机的步数。增量式PID算法只需保持当前时刻以前三个时刻的误差即可。它与位置式PID相比，有下列优点：（1）位置式PID算法每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去误差的累加值，因此，容易产生较大的累积计算误差。而增量式PID只

8、需计算增量，计算误差或精度不足时对控制量的计算影响较