微型计算机控制技术 教学课件 ppt 作者 赖寿宏 华中理工大学 主编 微型计算机控制技术3
26页1、第三章 数字控制器的模拟化设计,第四节 数字PID控制算法的改进,第二节 离散化方法,第三节 PID数字控制器的设计,第五节 PID数字控制器的参数整定和设计举例,第一节 引 言,第一节 引 言,在模拟控制系统中,系统的控制器是连续模拟环节,亦称为模拟调节器。而 在数字控制系统中,则用数字控制器来代替模拟调节器。,有了模拟调节器,为什么还要用计算机来实现数字控制呢?这是因为:,1)模拟调节器调节能力有限,当控制规律较为复杂时,就难以甚至无法实 现。而数字控制器能实现复杂控制规律的控制。,2)计算机具有分时控制能力,可实现多回3路控制。,3)数字控制器具有灵活性。,4)采用计算机除实现PID数字控制外,还能实现监控、数据采集、 数字显示等其他功能。,下面两图提示了数字控制器的两种设计途径或两类设计方法。,一种是模拟化的设计方法,又称间接设计法。,另一种是离散设计方法,又叫直接设计法。,第二节 离散化方法,一、差分变换法,常用的差分近似方法有两种:后向差分和前向差分。为便于编程,离散化只 采用后向差分法。下面介绍一阶后向差分法和二阶后向差分法。,(1)一阶后向差分 一阶导数采用近似式:,(
2、2)二阶后向差分 二阶导数采用近似式:,二、零阶保持器法,零阶保持器法,又称阶跃响应不变法,其基本思想是:离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列,必须与模拟调节器的阶跃响应的采样值相等,即,零阶保持器法的物理解释如下图:,三、双线性变换法,双线性变换法又称突斯汀变换法,它是将s域函数与Z域函数进行转换的一 种近似方法。,第三节 PID数字控制器的设计,在模拟调节系统中,PID控制算法的模拟表达式为:,其控制的简化框图如下图:,PID位置式算式的递推形式,是编程时常用的形式之一,其程序框图如下 图:,PID增量式控制的原理图如下图:,第四节 数字PID控制算法的改进,一、防止积分整量化误差的方法,防止积分整量化误差的方法主要有两种:,1)扩大计算机运算的字长, 提高计算精度。,右图防止积分整量化误差的程序流 程图:,二、积分饱和及其防止方法,(1)积分饱和的原因和影响,由于主要是积分项的存在,引起了而PID运算的“饱和”,因此,这种饱和称 为“积分饱和”。积分饱和增加了系统的调整时间和超调量,称为“饱和效应”, 显然,它对控制系统是不利的。,(2)积分饱和的防止方法,下面是两种常用方法:,
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