青岛大学教案（理论教学用）

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1、微型计算机控制技术教案青岛大学教案（理论教学用）第8次课3学时章节4.1数字控制器的连续化设计技术——数字PID控制器的参数整定4.2数字控制器的离散化设计技术讲授主要内容1.数字PID控制器的参数整定2.数字控制器的离散化设计步骤3.最少拍控制器的设计重点难点1.数字PID控制器的参数整定2.最少拍控制的定义3.最少拍控制器的设计及最少拍控制器的基本形式要求掌握知识点和分析方法1.数字PID控制器的参数整定2.广义对象的定义——包括零阶保持器与被控过程。3.误差脉冲传递函数——误差信号的Z变换除以输入函数

2、的Z变换4.最少拍控制器的设计及最少拍控制器的基本形式——数学推导教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等PID控制器性能的好坏，控制效果的优劣跟PID控制器的参数选择有直接的关系。对于连续控制器进行离散化，最重要的一点就是要求采样周期要相当小，因此，对于数字控制器，首要一点是根据影响因素选择合适的采样周期T。PID控制器在使用过程中，另有KP，TI，TD三个参数需要整定。简易工程整定法是由经典的频率法简化而来的，虽然稍微粗糙一点，但是简单易行，适于现场应用。凑试

3、法更多的应用于仿真实验当中，要求对P、I、D三部分的参数有深刻的理解。由于控制任务的需要，当所选择的采样周期比较大或对控制质量要求比较高时，必须从被控对象的特性出发，直接根据计算机控制理论(采样控制理论)来设计数字控制器，这类方法称为离散化设计方法。所谓最少拍控制，就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态，且闭环脉冲传递函数具有以下形式根据z变换的终值定理，得到系统的稳态误差的表达式，针对典型输入函数的Z变换表达式，得到Ф(z)=1-(1-z-1)q，最少拍控制器D(z)为通过对

4、典型输入下的最少拍控制系统分析，得到最少拍控制器的局限性：(1)针对一种典型的输入函数R(z)设计，得到系统的闭环脉冲传递函数Ф(z)，用于次数较低的输入函数R(z)时，系统将出现较大的超调，响应时间也会增加，但在采样时刻的误差为零。反之，当一种典型的最少拍特性用于次数较高的输入函数时，输出将不能完全跟踪输入以致产生稳态误差。由此可见，一种典型的最少拍闭环脉冲传递函数Ф(z)只适应一种特定的输入而不能适应于各种输入。(2)只有当G(z)是稳定的(即在z平面单位圆上和圆外没有极点)，且不含有纯滞后环节时，式Ф

5、(z)=1-(1-z-1)q才成立。如果G(z)不满足稳定条件，则需对设计原则作相应的限制。在单位圆外或圆上D(z)和G(z)不能对消零极点，但并不意味含有这种现象的系统不能补偿成稳定的系统，只是在选择Ф(z)时必须加一个约束条件，这个约束条件称为稳定性条件。青岛大学自动化工程学院控制工程系丁军航微型计算机控制技术教案作业布置4.6，4.7，4.8主要参考资料《微型计算机控制技术》（教材），于海生，清华大学出版社《计算机控制理论及应用》，孙增圻，清华大学出版社数字控制器离散设计的新探讨,刘玉文,甘肃广播电

6、视大学学报,1998/02备注青岛大学自动化工程学院控制工程系丁军航