任务二数字控制器连续化设计方法讲稿.pptx

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1、任务二数字控制器连续化设计方法第一页，讲稿共二十八页哦【教学目的、要求教学目的、要求】了解连续化设计方法和离散化设计方法的步骤；掌握模拟控制器的离散化方法；能够针对给出的模拟控制器计算出对应的数字控制器。第二页，讲稿共二十八页哦 一、数字控制器的设计方法 设计数数字字控控制制器器：在在给定定对象象的的基基础上上，在在给定定性性能能指指标的的条条件件下下，设计出出满足足控控制制性性能能的的控控制制规律律，以以及及与与此此对应的的计算机算机编程算法。程算法。工程上多数情况下被控对象是连续的。这样组成的计算机系统中，既有连续信号又有离散信号，称之为“混合系统”。第三页，讲稿共二十八页哦被控对象被控对

2、象：其输入输出均为模拟量，：其输入输出均为模拟量，是系统的连续部分。是系统的连续部分。数字控制器数字控制器:可以是可以是计算机，工算机，工业控制控制机或数字控制器等。机或数字控制器等。连续信号与离散信号的转换时通过采样器、AD转换器、DA转换器、保持器来实现的，如下图所示，第四页，讲稿共二十八页哦 依据观察点的不同选择，数字控制器有两大类设计方法：连续化设计方法连续化设计方法（间接设计法）和（间接设计法）和离散化设计方法离散化设计方法（直接（直接设计法）。设计法）。第五页，讲稿共二十八页哦 把把DA转换器、数字控制器、转换器、数字控制器、AD转换器转换器看做一个整体，看做一个整体，等效成一个模

3、拟控制器等效成一个模拟控制器D(S)，再加上，再加上 对象对象 ，这时整个，这时整个系统可以看做系统可以看做连续系统连续系统。从从BB向左看：向左看：第六页，讲稿共二十八页哦 数字控制器D(z)的设计要分两步走：先设计校正装置的传递函数D(s)，然后采用某种离散化方法，将它变成计算机算法。连续化化设计法或法或间接接设计法法 特点：只有采样周期比较小时，设计的数字控制器才能基本达到模拟控制器的控制水平。近似设计法。工程上应用广泛。第七页，讲稿共二十八页哦从AA向右看：把DA转换器、被控对象、AD转换器看为一体，等效成一个离散对象G(z)，再加上数字控制器D(z)，这时整个系统可看做离散系统。第八

4、页，讲稿共二十八页哦 数字控制器D(z)的设计：已知被控对象的传递函数或特性G(Z)，根据所要求的性能指标，设计数字控制器。离散化离散化设计法或直接法或直接设计法法 特点：已考虑采样周期对系统的影响，在采样周期较大时，仍可以得到很好地控制效果。准确设计法。第九页，讲稿共二十八页哦二、数字控制器的连续化设计方法二、数字控制器的连续化设计方法 连续化设计方法：忽略控制回路中所有的零阶保持器和采样器，并采用较高的采样频率，在s域中按连续系统进行初步设计，求出模拟控制器，再通过某种近似，将模拟控制器变换为数字控制器，由计算机去实现。工程界熟悉经典的连续系统控制器设计，如频率法、根轨迹法，有广泛的应用。

5、离散化方法的选取非常重要。第十页，讲稿共二十八页哦连续系统数字控制系统第十一页，讲稿共二十八页哦模拟控制器的离散化方法模拟控制器的离散化方法 模拟控制器的离散化方法：利用某种离散化方法，由模拟控制器的离散化方法：利用某种离散化方法，由D(s)求出相应的求出相应的D(z)，并使，并使D(z)的动态特性近似为的动态特性近似为D(s)的动的动态特性。目前工程上常用的近似离散化方法如下：态特性。目前工程上常用的近似离散化方法如下：后向差分变化法后向差分变化法双线性变换法双线性变换法零极点匹配法零极点匹配法第十二页，讲稿共二十八页哦1、后向差分变换法、后向差分变换法（1）离散化公式）离散化公式T为采样周

6、期为采样周期第十三页，讲稿共二十八页哦 设微分控制规律为：设微分控制规律为：后向差分的近似式是：后向差分的近似式是：结论：结论：第十四页，讲稿共二十八页哦后向差分法的映射关系分析后向差分法的映射关系分析当=0（s平面虚轴），s平面虚轴映射到z平面为该小圆的圆周。当 0（s右半平面），映射到z平面为上述小圆的外部。当 0（s右半平面），映射到z平面单位圆外。当 0（s左半平面），映射到z平面单位圆内。p若D(s)稳定，则D(z)一定稳定。第二十四页，讲稿共二十八页哦 例例2 设求的模拟控制器 ，取采样周期T=1s，用双线性变换法求对应的数字控制器D(z)。第二十五页，讲稿共二十八页哦 零极点匹配法：利用z变换的定义z=eTs，将模拟控制器D(s)的零点和极点变换为数字控制器D(z)的零点和极点，并使D(z)和D(s)的低频增益相互匹配。当D(s)的零点数m小于极点数n时，定义D(s)含有m个有限零点，n-m个无限零点s=。4、零极点匹配法、零极点匹配法 第二十六页，讲稿共二十八页哦（2）无限零点（3）低频增益 由 ，得D(z)和D(s)的变换法则：（1）极点和有限零点第二十七页，讲稿共二十八页哦 例例3 设求的模拟控制器 ，取采样周期T=1s，用零极点匹配法求对应的数字控制器D(z)。，两个无限零点。，两个无限零点。D(s)的极点为依据变换规则得：第二十八页，讲稿共二十八页哦