计算机控制第四章课后题课件.ppt

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1、计算机控制第四章课后题第1页，此课件共47页哦v2.某连续控制器设计为某连续控制器设计为v试用双线形变换法、前向差分法、后向差分试用双线形变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器法分别求取数字控制器D(Z)。第2页，此课件共47页哦双线形变换法：v把 代入，则第3页，此课件共47页哦前向差分法：v把 代入，则第4页，此课件共47页哦 后向差分法：v把 代入，则第5页，此课件共47页哦递推控制算法第6页，此课件共47页哦3.在在PID调节器中系数调节器中系数 、各有什么作用？各有什么作用？它们对调节品质有什么影响？它们对调节品质有什么影响？v系数系数 为比例系数，提高系数为比例系数，提高

2、系数 可以减小偏差，但永远不会使偏差减小到零，可以减小偏差，但永远不会使偏差减小到零，而且无止境地提高系数而且无止境地提高系数 最终将导致系统不稳定。比例调节可以保证系统的快速性。最终将导致系统不稳定。比例调节可以保证系统的快速性。v系数系数 为积分常数，为积分常数，越大积分作用越弱，积分调节器的突出优点是，只要被越大积分作用越弱，积分调节器的突出优点是，只要被调量存在偏差，其输出的调节作用便随时间不断加强，直到偏差为零。在被调量的调量存在偏差，其输出的调节作用便随时间不断加强，直到偏差为零。在被调量的偏差消除后，由于积分规律的特点，输出将停留在新的位置而不回复原位，因而能偏差消除后，由于积分

3、规律的特点，输出将停留在新的位置而不回复原位，因而能保持静差为零。但单纯的积分也有弱点，其动作过于迟缓，因而在改善静态品质的保持静差为零。但单纯的积分也有弱点，其动作过于迟缓，因而在改善静态品质的同时，往往使调节的动态品质变坏，过渡过程时间加长。积分调节可以消除静差，同时，往往使调节的动态品质变坏，过渡过程时间加长。积分调节可以消除静差，提高控制精度。提高控制精度。v系数系数 为微分常数，为微分常数，越大微分作用越强。微分调节主要用来加快系统的越大微分作用越强。微分调节主要用来加快系统的相应速度，减小超调，克服振荡，消除系统惯性的影响。相应速度，减小超调，克服振荡，消除系统惯性的影响。第7页，

4、此课件共47页哦.4.什么是数字什么是数字PID位置型控制算法和增量型控制算位置型控制算法和增量型控制算法？试比较它们的优缺点。法？试比较它们的优缺点。v为了实现微机控制生产过程变量，必须将模拟为了实现微机控制生产过程变量，必须将模拟PID算算式离散化，变为数字式离散化，变为数字PID算式，为此，在采样周期算式，为此，在采样周期T远小远小于信号变化周期时，作如下近似于信号变化周期时，作如下近似(T足够小时，如下逼近相当足够小时，如下逼近相当准确，被控过程与连续系统十分接近准确，被控过程与连续系统十分接近)：第8页，此课件共47页哦v于是有：于是有：vu(k)是全量值输出，每次的输出值都与执行机

5、构的位置是全量值输出，每次的输出值都与执行机构的位置(如控制阀如控制阀门的开度门的开度)一一对应，所以称之为位置型一一对应，所以称之为位置型PID算法。算法。v在这种位置型控制算法中，由于算式中存在累加项，因此输出的在这种位置型控制算法中，由于算式中存在累加项，因此输出的控制量控制量u(k)不仅与本次偏差有关，还与过去历次采样偏差有关，使不仅与本次偏差有关，还与过去历次采样偏差有关，使得得u(k)产生大幅度变化，这样会引起系统冲击，甚至造成事故。所以实产生大幅度变化，这样会引起系统冲击，甚至造成事故。所以实际中当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是其增量时，可以采用际中当执行机构需要的不是控

6、制量的绝对值，而是其增量时，可以采用增量型增量型PID算法。当控制系统中的执行器为步进电机、电动调节算法。当控制系统中的执行器为步进电机、电动调节阀、多圈电位器等具有保持历史位置的功能的这类装置时，一阀、多圈电位器等具有保持历史位置的功能的这类装置时，一般均采用增量型般均采用增量型PID控制算法。控制算法。第9页，此课件共47页哦增量型增量型PID控制算法。控制算法。与位置算法相比，增量型与位置算法相比，增量型PID算法有如下优点：算法有如下优点：(1)位置型算式每次输出与整个过去状态有关，计算式中要位置型算式每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累积计算误

7、差；而用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累积计算误差；而在增量型算式中由于消去了积分项，从而可消除调节器的积在增量型算式中由于消去了积分项，从而可消除调节器的积分饱和，在精度不足时，计算误差对控制量的影响较小，容分饱和，在精度不足时，计算误差对控制量的影响较小，容易取得较好的控制效果。易取得较好的控制效果。(2)为实现手动为实现手动自动无扰切换，在切换瞬时，计算机的输自动无扰切换，在切换瞬时，计算机的输出值应设置为原始阀门开度出值应设置为原始阀门开度u0，若采用增量型算法，其输，若采用增量型算法，其输出对应于阀门位置的变化部分，即算式中不出现出对应于阀门位置的变化部分，即算式中不出现u0项，

8、所项，所以易于实现从手动到自动的无扰动切换。以易于实现从手动到自动的无扰动切换。(3)采用增量型算法时所用的执行器本身都具有寄存作用，采用增量型算法时所用的执行器本身都具有寄存作用，所以即使计算机发生故障，执行器仍能保持在原位，不会对所以即使计算机发生故障，执行器仍能保持在原位，不会对生产造成恶劣影响。生产造成恶劣影响。第10页，此课件共47页哦5.已知模拟调节器的传递函数为已知模拟调节器的传递函数为v试写出相应数字控制器的位置型和增量型控试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期制算式，设采样周期T=0.2s。第11页，此课件共47页哦解解:把T=0.2S代入得第12页，此课件

9、共47页哦v位置型位置型v增量型增量型第13页，此课件共47页哦6.有哪几种改进的数字有哪几种改进的数字PID控制器？控制器？v有四种：有四种：v（1）积分分离）积分分离PID控制算法控制算法v（2）不完全微分）不完全微分PID控制算法控制算法v（3）带死区的）带死区的PID控制算法控制算法v（4）消除积分不灵敏区的）消除积分不灵敏区的PID控制控制第14页，此课件共47页哦9.数字控制器直接（离散化）设计步骤是什么？数字控制器直接（离散化）设计步骤是什么？v由广义对象的脉冲传递函数可得闭环脉冲传递函数，可由广义对象的脉冲传递函数可得闭环脉冲传递函数，可求得控制器的脉冲传递函数求得控制器的脉冲

10、传递函数D(z)。v数字控制器的直接设计步骤如下：数字控制器的直接设计步骤如下：v(1)根据控制系统的性质指标要求和其它约束条件，确定所根据控制系统的性质指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数需的闭环脉冲传递函数(z)。v(2)求广义对象的脉冲传递函数求广义对象的脉冲传递函数G(z)。v(3)求取数字控制器的脉冲传递函数求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)。v(4)根据根据D(z)求取控制算法的递推计算公式。求取控制算法的递推计算公式。第15页，此课件共47页哦10.已知被控对象的传递函数为已知被控对象的传递函数为采样周期采样周期T=0.1s，采用零阶保持器。要求，采用零阶保持器。

11、要求（1）针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的）针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的D(z)，并计算输出响应，并计算输出响应y(k)、控制信号、控制信号u(k)和误差和误差e(k)序列，画出它们对时间变化的波形。序列，画出它们对时间变化的波形。（2）针对单位阶跃输入信号设计最少拍有纹波系统的）针对单位阶跃输入信号设计最少拍有纹波系统的D(z)，并计算输出响应，并计算输出响应y(k)、控制信号、控制信号u(k)和误差和误差e(k)序列，画出它们对时间变化的波形。序列，画出它们对时间变化的波形。第16页，此课件共47页哦解：广义脉冲传递函数为解：广义脉冲传递函数为第17页，此课件共47

12、页哦第18页，此课件共47页哦第19页，此课件共47页哦第20页，此课件共47页哦第21页，此课件共47页哦第22页，此课件共47页哦第23页，此课件共47页哦第24页，此课件共47页哦第25页，此课件共47页哦第26页，此课件共47页哦第27页，此课件共47页哦第28页，此课件共47页哦第29页，此课件共47页哦第30页，此课件共47页哦第31页，此课件共47页哦第32页，此课件共47页哦q=1（单位阶跃输入）（单位阶跃输入）第33页，此课件共47页哦第34页，此课件共47页哦第35页，此课件共47页哦10.已知被控对象的传递函数为已知被控对象的传递函数为采样周期采样周期T=1s，采用零阶保

13、持器。要求，采用零阶保持器。要求（1）针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的）针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的D(z)，并计算输出响应，并计算输出响应y(k)、控制信号、控制信号u(k)和误差和误差e(k)序列，画出它们对时间变化的波形。序列，画出它们对时间变化的波形。（2）针对单位阶跃输入信号设计最少拍有纹波系统的）针对单位阶跃输入信号设计最少拍有纹波系统的D(z)，并计算输出响应，并计算输出响应y(k)、控制信号、控制信号u(k)和误差和误差e(k)序列，画出它们对时间变化的波形。序列，画出它们对时间变化的波形。第36页，此课件共47页哦(1)对于单位速度输入信号对于单位速度

14、输入信号d=0,q=2,v=1,j=1 ,w=1m=w+d=1,n=v-j+q=2 第37页，此课件共47页哦V-jw因为因为:所以所以:比较等式两边系数得：比较等式两边系数得：f11=0.11f21=1.89 f22=-0.99第38页，此课件共47页哦故有：故有：E(kT)t11T 2T第39页，此课件共47页哦第40页，此课件共47页哦(2)单位阶跃输入信号单位阶跃输入信号 R(z)=d=0,q=1,u=0,v=1,j=1,m=u+d=0,n=v-j+q=1V-j1=1-z-1u=f21z-1第41页，此课件共47页哦(2)单位阶跃输入信号单位阶跃输入信号 R(z)=故：故：第42页，此课件共47页哦第43页，此课件共47页哦10.被控对象的传递函数为被控对象的传递函数为v采样周期采样周期T=1s，采用零阶保持器，针对单位，采用零阶保持器，针对单位速度输入函数，设计：速度输入函数，设计：v (1)最少拍控制器；最少拍控制器；v (2)画出采样瞬间数字控制器的输出和系统画出采样瞬间数字控制器的输出和系统的输出曲线。的输出曲线。第44页，此课件共47页哦写出系统的广义对象的脉冲传递函数写出系统的广义对象的脉冲传递函数将将T=1S代入，有代入，有第45页，此课件共47页哦由于输入由于输入r(t)=t，则，则q=2（单位速度输入）第46页，此课件共47页哦第47页，此课件共47页哦