第四章 计算机控制系统的控制算法.ppt

第四章主要讨论的是计算机控制系统的控制算法，这是自动化和电气工程领域的重要内容。计算机控制系统的设计目标是在给定的性能指标下，设计出合适的控制器和数字控制算法。设计方法主要有三种： 1. 模拟化设计方法（间接法）：这种方法首先设计连续系统的校正环节的传递函数D(s)，然后通过离散化将其转化为D(z)，以此来设计数字控制器。PID算法就是这种设计方法的典型代表，因其结构简单、调参方便而广泛应用。 2. 离散化设计方法（直接法）：这种方法基于已知的被控对象传递函数G(z)，根据所需的性能指标直接设计数字控制器D(z)。常用的设计方法包括最少拍有纹波设计、最少拍无纹波设计和达林算法，适用于采样周期较长或者控制复杂度较高的系统。 3. 状态空间设计法：这种设计方法适用于多输入多输出(MIMO)系统，它考虑了系统的动态行为和状态变量，能够更全面地处理系统的控制问题。 计算机控制系统的核心是将模拟信号转换为数字信号进行处理，因为计算机只能处理二进制数据。这个过程中，模拟量通过采样和量化变为离散量，再由计算机进行运算。因此，计算机控制系统也被称为离散控制系统或采样控制系统。 在设计数字控制器时，需要考虑采样周期的选择。对于采样周期短、控制算法简单的系统，可以使用模拟化设计方法；而对于采样周期长或控制复杂的系统，通常采用离散化设计方法。 数字控制器的间接设计技术，即先设计连续控制器，然后通过离散化在计算机上模拟实现。这一过程要求采样周期满足香农采样定理，以确保离散化后的系统能准确反映连续系统的特性。同时，零阶保持器在模拟化设计中起到关键作用，它的频率特性对于系统性能至关重要。 在实际应用中，控制算法的MATLAB仿真可以帮助设计者检验和优化控制策略，确保系统的稳定性和性能。例如，数字PID算法是通过离散化经典PID算法实现的，适用于很多实时控制任务。 计算机控制系统的控制算法设计涵盖了从模拟到数字的转换，涉及不同的设计方法和理论，需要综合考虑系统的性能指标、采样周期以及控制系统的结构。理解并掌握这些概念和技术对于设计高效、可靠的自动化控制系统至关重要。