计算机控制系统：第6章 数字控制器的直接设计法2

1、计算机控制系统哈尔滨工业大学（威海）控制科学与工程系Computer Control System第六章 数字控制器的直接设计法 6.1 直接设计方法的基本原理 6.2 特殊类型系统的最小拍无差设计 6.3 一般系统的最小拍无差设计 6.4 最小拍控制器的工程化改进 6.5 Dahlin算法第六章 数字控制器的直接设计法 6.1 直接设计方法的基本原理 6.2 特殊类型系统的最小拍无差设计 6.3 一般系统的最小拍无差设计 6.4 最小拍控制器的工程化改进 6.5 Dahlin算法 6.3 一般系统的最小拍无差设计一、 的确定原则1. D(z)的物理可实现性要求G(z) 分母比分子高d阶， 分

2、母比分子至少高d阶 6.3 一般系统的最小拍无差设计一、 的确定原则2. 稳定性要求广义被控对象的零极点多项式G(z)中的非单位圆内零点, 会使D(z)不稳定, 控制序列发散G(z)中的单位圆外/上零点，会使D(z)不稳定，控制序列发散D(z)和G(z)中的零极点是否可抵消？G(z)中的单位圆外/上所有零点，包含在 的零点中G(z)中的单位圆外/上所有极点，包含在 的零点中 6.3 一般系统的最小拍无差设计一、 的确定原则3. 纯滞后问题如果G(z)中包含纯滞后环节 的多次方不能在D(z)的分母上对消，否则分子阶次会高于分母保留在 中 6.3 一般系统的最小拍无差设计二、有波纹最小拍无差控制设

3、计G(z):广义被控对象的脉冲传递函数包含n个不稳定的零点, m个不稳定的极点,则 的一般形式 q: 典型输入函数决定 为零点因式 q+m 个方程可以求出 系数该公式考虑了G(z)不稳定的零点、极点、纯滞后等全部三种情况(1) 当G(z)中没有纯滞后环节时，令L=0,(2)当G(z)中没有单位圆上/外极点时，(3)当G(z)中没有单位圆上/外零点时，(4)当三种情况都不存在时例6-3 设计单位阶跃时的最小拍控制器解一：按照特殊类型单位阶跃输入设计，得到看起来还是稳定的被控对象参数变化后，系统不再稳定参数变化例6-3 设计单位阶跃时的最小拍控制器解二：按照一般类型单位阶跃输入设计，得到被控对象参

4、数变化后，系统仍稳定参数变化例6-4 设计单位速度输入时的最小拍控制器，T=0.025s解：1个极点在圆上输出值跟随输入值后，在非采样时刻有波纹存在。数字控制器D(z)的输出序列u(k) 经过若干拍后，不为常值，是振荡收敛的。非采样时刻有误差，浪费执行机构功率，增加机械磨损。 6.3 一般系统的最小拍无差设计三、无波纹最小拍无差控制设计1. 满足条件(1) 对被控对象的要求为了在稳态过程中获得无波纹的平滑输出，Gp(s)被控对象必须有能力给出与系统输入r(t)相同的平滑输出c(t)传递函数中有相应的积分环节数量 (q-1个) 6.3 一般系统的最小拍无差设计三、无波纹最小拍无差控制设计1. 满足条件(2) 的要求无波纹要求稳态时的控制信号u*(t)为常值或者0设系统经过 l 个周期达到稳态 6.3 一般系统的最小拍无差设计三、无波纹最小拍无差控制设计1. 满足条件(2) 的要求 6.3 一般系统的最小拍无差设计三、无波纹最小拍无差控制设计1. 满足条件(2) 的要求设P(z), Q(z)为z-1的多项式Q(z)中应该包含(1-z-1)q-1应含有P(z)，即G(z)所有零点 6.3 一般系统的最小拍无差设计三、无波纹最小拍无差控制设计2. 设计方法G(z):广义被控对象的脉冲传递函数包含n个零点, m个不稳定的极点,则 的一般形式 q: 典型输入函数决定 为零点因式