计算机控制第四章课后题.ppt
1.数字控制器的模拟化设计步骤是什么？,模拟化设计步骤：（1）设计假想的模拟控制器D(S)（2）正确地选择采样周期T（3）将D(S)D(Z)（4）求出与D(S)对应的差分方程（5）根据差分方程编制相应程序。,2.某连续控制器设计为试用双线形变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D(Z)。,双线形变换法：,把 代入，则,前向差分法：,把 代入，则,后向差分法：,把 代入，则,递推控制算法,3.在PID调节器中系数、各有什么作用？它们对调节品质有什么影响？,系数 为比例系数，提高系数 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 最终将导致系统不稳定。比例调节可以保证系统的快速性。系数 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，提高控制精度。系数 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相应速度，减小超调，克服振荡，消除系统惯性的影响。,.4.什么是数字PID位置型控制算法和增量型控制算法？试比较它们的优缺点。,为了实现微机控制生产过程变量，必须将模拟PID算式离散化，变为数字PID算式，为此，在采样周期T远小于信号变化周期时，作如下近似(T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)：,于是有：u(k)是全量值输出，每次的输出值都与执行机构的位置(如控制阀门的开度)一一对应，所以称之为位置型PID算法。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u(k)不仅与本次偏差有关，还与过去历次采样偏差有关，使得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PID控制算法。,增量型PID控制算法。,与位置算法相比，增量型PID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。(2)为实现手动自动无扰切换，在切换瞬时，计算机的输出值应设置为原始阀门开度u0，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u0项，所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，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。,5.已知模拟调节器的传递函数为,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T=0.2s。,解:,把T=0.2S代入得,位置型增量型,6.有哪几种改进的数字PID控制器？,有四种：（1）积分分离PID控制算法（2）不完全微分PID控制算法（3）带死区的PID控制算法（4）消除积分不灵敏区的PID控制,9.数字控制器直接（离散化）设计步骤是什么？,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D(z)。数字控制器的直接设计步骤如下：(1)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(z)。(2)求广义对象的脉冲传递函数G(z)。(3)求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)。(4)根据D(z)求取控制算法的递推计算公式。,10.已知被控对象的传递函数为,采样周期T=0.1s，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D(z)，并计算输出响应y(k)、控制信号u(k)和误差e(k)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D(z)，并计算输出响应y(k)、控制信号u(k)和误差e(k)序列，画出它们对时间变化的波形。,解：广义脉冲传递函数为,q=1（单位阶跃输入）,10.已知被控对象的传递函数为,采样周期T=1s，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D(z)，并计算输出响应y(k)、控制信号u(k)和误差e(k)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D(z)，并计算输出响应y(k)、控制信号u(k)和误差e(k)序列，画出它们对时间变化的波形。,(1)对于单位速度输入信号,d=0,q=2,v=1,j=1,w=1m=w+d=1,n=v-j+q=2,V-j,w,因为:,所以:,比较等式两边系数得：,f11=0.11f21=1.89 f22=-0.99,故有：,E(kT),t,1,1T 2T,(2)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=1,V-j,1,=1-z-1,u,=f21z-1,(2)单位阶跃输入信号 R(z)=,故：,10.被控对象的传递函数为,采样周期T=1s，采用零阶保持器，针对单位速度输入函数，设计：(1)最少拍控制器；(2)画出采样瞬间数字控制器的输出和系统的输出曲线。,写出系统的广义对象的脉冲传递函数,将T=1S代入，有,由于输入r(t)=t，则,q=2（单位速度输入）,THANKS！,
