课计算机控制技术演示文稿

课计算机控制技术演示文稿第一页，共二十二页。（优选）课计算机控制技术第二页，共二十二页。第五章计算机控制系统的间接设计

计算机控制系统设计主要是设计数字控制器，选取和确定控制器的结构和参数使闭环控制系统性能指标满足要求。经典法间接设计法（模拟化设计方法）直接设计法（数字化设计方法）状态空间设计法

第三页，共二十二页。5.1离散与连续等效设计方法

数字控制器的间接设计法是先根据给定的性能指标及各项参数，应用连续系统理论的设计方法设计模拟控制器，再按照一定的离散化方法将模拟控制器离散化为数字控制器。这种等效并不是将模拟控制器Gc(s)简单进行z变换来得到数字控制器D(z)的，而应通过一定离散化方法使二者有近似相同动态特性和频率响应特性第四页，共二十二页。5.1离散与连续等效设计方法5.1.1各种离散化方法1.反向差分方法（一阶向后差分）即用一阶反向差分置换一阶导数向后差分矩型积分方法第五页，共二十二页。1.反向差分方法（一阶向后差分）5.1离散与连续等效设计方法主要特性s平面与z平面的映射关系稳定，则稳定。第六页，共二十二页。5.1离散与连续等效设计方法2.正向差分方法（一阶向前差分）即用一阶正向差分置换一阶导数向前差分矩型积分方法第七页，共二十二页。5.1离散与连续等效设计方法2.正向差分方法（一阶向前差分）主要特性s平面与z平面的映射关系

正向差分法有可能将s左半平面的稳定极点映射到z平面单位圆外成为不稳定极点，实际应用中很少采用前向差分法作为离散化方法。第八页，共二十二页。5.1离散与连续等效设计方法3.双线性变换方法（Tustin）即梯形面积近似积分梯型积分方法第九页，共二十二页。5.1离散与连续等效设计方法3.双线性变换方法（Tustin）主要特性s平面与z平面的映射关系

双线性变换法将s平面的稳定区域映射为z平面的单位圆内部，双线性变换法的映射为稳定映射。

第十页，共二十二页。5.1离散与连续等效设计方法3.双线性变换方法（Tustin）s平面与z平面的频率特性关系在采样频率较高、低频段例幅频特性连续环节离散环节双线性方法工程上应用较为普遍，用于底通环节的离散化第十一页，共二十二页。5.1离散与连续等效设计方法4.频率预曲双线性变换方法（修正双线性变换）双线性变换间有频率失真，会使频率响应产生畸变当时，有

频率预曲双线性变换（修正双线性变换）可以对频率响应产生畸变进行补偿。第十二页，共二十二页。5.1离散与连续等效设计方法修正双线性变换步骤

将G(s)表示成G(s/n)的形式；用p代替n，对G(s/p)进行双线性变换或直接：例第十三页，共二十二页。零极点匹配映射法（73页）基本思想：根据s域与z域的转换关系z=eTs，可将s平面的零极点直接一一对应地映射到z平面上，使数字控制器的零极点与模拟控制器的零极点完全相匹配。G(s)所有的极点和所有的零点按照z=eTs转换(s+a=z-e-aT无穷远处的零点配置在z平面的z=-1处，这些零点是(z+1)n-m。单位延时，零点数比极点数少1.

调整离散控制器的增益与连续控制器的增益一致。对于低通滤波器对于高通滤波器第十四页，共二十二页。5.1离散与连续等效设计方法(见课本73页)5.零、极点匹配法零极点按z=eTs匹配无穷远处的零点配置在z平面的z=-1处增益匹配例第十五页，共二十二页。

用各种变换方法得到的等效第十六页，共二十二页。5.1离散与连续等效设计方法应用举例5.1—天线跟踪系统设计其数字控制器，满足R(s)Y(s)D(s)设计连续控制器第十七页，共二十二页。5.1离散与连续等效设计方法应用举例5.1—天线跟踪系统连续控制器D(s)离散化

选取采样周期T＝1s，采用零极点匹配方法，进行低频增益匹配第十八页，共二十二页。5.1离散与连续等效设计方法应用举例5.1—天线跟踪系统离散控制系统性能第十九页，共二十二页。5.1离散与连续等效设计方法应用举例5.2—飞行器纵向控制系统R(s)Y(s)D2(s)D1(s)ZOH0.5飞行器纵向方程舵机结构滤波器62.8rad/s控制器TT=0.025s第二十页，共二十二页。5.1离散与连续等效设计方法应用举例5.2—飞行器纵向控制系统

控制器结构滤波器在62.8rad/