第4章__控制算法(1)模拟调节器的离散化方法.ppt

第4章 计算机控制系统的控制算法主要探讨如何将模拟调节器转化为适用于计算机的数字控制器。计算机控制系统的核心是设计数字控制器，以满足系统期望的性能指标和实时控制需求。通常，系统的输入r(t)与输出y(t)的偏差e(t)经过采样保持器和A/D转换器成为数字信号e(kT)，输入计算机进行数字控制器的运算，然后通过D/A转换和保持器转回模拟信号u(t)，以控制被控对象。 在设计过程中，有两种主要的数字控制器间接设计方法： 1. 差分法：这种方法是通过建立模拟控制器的差分方程来实现离散化。差分方程是计算机易于处理的形式，它可以用来近似连续时间系统的动态行为。 2. z变换设计法：此方法利用z域的理论，将模拟控制器的传递函数转换为数字控制器的脉冲传递函数D(z)。这种方法通常涉及将模拟控制器的s域传递函数G(s)转换为z域的D(z)。 模拟控制器的设计通常基于已知的性能指标，如稳定性、响应速度和抑制干扰的能力。最常用的模拟控制器是PID（比例-积分-微分）控制器，其参数包括比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd。设计时，需要根据闭环传递函数的要求来配置模拟控制器的零极点。 在将模拟控制器离散化为数字控制器时，采样周期的选择至关重要。选择采样周期需综合考虑系统性能、快速性、抗干扰能力、成本以及计算精度。一般来说，采样周期应足够短以保证系统稳定和响应快速，但也不能过短，以免增加计算负担或降低计算精度。表4-1提供了一些常见控制系统的采样周期经验数据，例如流量控制建议的采样周期为1~5秒，而温度控制建议的采样周期接近其纯滞后时间，约15~20秒。 离散化处理通常涉及将模拟控制器的差分方程或传递函数转换为适合计算机程序执行的形式，如脉冲传递函数。差分法和脉冲响应不变法、阶跃响应不变法都是实现这一转换的常用技术。 第4章的内容详细介绍了如何通过间接设计法将模拟控制器转换为数字控制器，涉及到系统采样、控制器设计、采样周期选择和离散化方法等多个关键环节，这些都是构建有效计算机控制系统的基石。