計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 第8章-文庫(kù)吧
2024-11-23 12:15 本頁(yè)面
【正文】 采用 舍入 量化處理 k ?? ( ) 5u k q?當(dāng) 時(shí)，環(huán)節(jié)輸出 死區(qū) 2．乘積采用 截尾 量化處理 k ?? ( ) 0uk ?當(dāng) 時(shí)，環(huán)節(jié)輸出 (0) 10uq?初值 ( ) 5u k q??極限環(huán) k ?? ( ) 9u k q??當(dāng) 時(shí)，環(huán)節(jié)輸出 負(fù)死帶 ( 0 ) 10uq??初值 ,a ?(0) 10uq?,a ?,a ?(0) 10uq?初值 ,a ?? 一階環(huán)節(jié) 的結(jié)構(gòu)圖 11 /(1 )az ??當(dāng) 時(shí)，環(huán)節(jié)輸出 k ??北京航空航天大學(xué) 13 量化效應(yīng)分析 3． 量化對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的影響 ? 從概念上可以看到，控制器算法的參數(shù)量化誤差將會(huì)改變控制算法的零極點(diǎn)分布，從而影響閉環(huán)系統(tǒng)的特性。 ? 控制算法中乘法量化誤差，不管是作為隨機(jī)干擾還是確定干擾，都相當(dāng)于在控制算法中不同位置引入了量化誤差干擾，從而影響系統(tǒng)的輸出。 ? 在閉環(huán)控制系統(tǒng)中， A/D及 D/A轉(zhuǎn)換器的有效字長(zhǎng)量化特性對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)影響更為明顯，特別是，A/D或 D/A轉(zhuǎn)換器字長(zhǎng)通常比計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)要短得多，量化非線性要嚴(yán)重得多，因此對(duì)系統(tǒng)的影響更為明顯。 北京航空航天大學(xué) 14 減少量化效應(yīng)的 δ變換方法 ? δ變換的特點(diǎn)是，在小采樣周期下，離散模型近似于原連續(xù)模型，克服了 z變換的不足；在數(shù)字算法實(shí)現(xiàn)時(shí)有更好的數(shù)值特性。 1. δ變換的定義 1 1z zTT???? ? ? 或 1( ) ( ) zTG G z ?? ???2()e12sT sTz s T? ? ? ? ? ???！212z s TsT??? ? ? ? ???！0T ? s? ?G(δ)與 G(s)形式相同，極點(diǎn)位置及各種特性與 G(s)相似 北京航空航天大學(xué) 15 減少量化效應(yīng)的 δ變換方法 2. δ變換的差分方程描述 ? 已知變量 x(k)的 δ 變換，需要將 δ 變換定義帶入即可寫出相應(yīng)的差分方程。 ()()()C s aGsU s s a?? ?1 e 1 e()es T a TaTaG z Zs s a z??????????? ????1( 1 e ) /( ) ( )( 1 e ) /aTzT aTTG G zT?? ???? ??????[ ( 1 e ) / ] ( ) ( 1 e ) ( ) /aT aTT C U T? ? ???? ? ? ?( 1 e ) ( 1 e )( 1 ) ( ) ( ) ( )a T a Tc k c k T c k u kTT??????? ? ? ? ?????實(shí)現(xiàn)時(shí)有較好數(shù)值特性 ( 1 ) e ( ) ( 1 e ) ( )aT aTc k c k u k??? ? ? ?實(shí)現(xiàn)時(shí)有較差數(shù)值特性 ( ) ( )x a y? ? ??? ( 1 ) ( ) ( )z X z a Y zT? ??( 1 ) ( ) [ ( ) ]x k x k T a y k?? ? ?北京航空航天大學(xué) 16 采樣周期的選用 1. 對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性能的影響 ?采樣周期 T是系統(tǒng)的一個(gè)重要的參數(shù)，對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能有很大的影響。 2. 丟失采樣信息的影響 s m a x2???采樣定理 s m a x( 4 ~ 10) R???實(shí)際應(yīng)用時(shí)： s ( 4 ~ 1 0 ) b???北京航空航天大學(xué) 17 3. 與系統(tǒng)抑制干擾能力的關(guān)系 4. 系統(tǒng)輸出平滑性與采樣周期 輸出響應(yīng)的不平滑性 s f m a x2???? 經(jīng)驗(yàn)規(guī)則： ? 階躍響應(yīng)非周期 ? 階躍響應(yīng)是振蕩 rr ( 5 ~ 1 0 )TNT??dr (1 0 ~ 2 0 )TNT??北京航空航天大學(xué) 18 5．系統(tǒng)輸出的時(shí)間延遲與采樣周期 ? ZOH引入的相位延遲是系統(tǒng)產(chǎn)生相位延遲的重要組成部分 ? ZOH的相位遲后 ? 為了保證系統(tǒng)有足夠的相穩(wěn)定裕度，希望在系統(tǒng)開環(huán)截止頻率處，由零階保持器引入的相位遲后不大于（ 5??10?），對(duì)應(yīng)有： 2/T?? ?cc2 ( 5 ~ 1 0 0 .1 7 ~ 0 .3 55 7 .3T ????）北京航空航天大學(xué) 19 6. 計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)與采樣周期 ? 由于字長(zhǎng)有限，當(dāng) Ｔ 減小，所產(chǎn)生的量化誤差會(huì)增大。 ? 當(dāng)采樣周期過小時(shí)，將會(huì)增大控制算法對(duì)參數(shù)變化的靈敏度，使控制算法參數(shù)不能準(zhǔn)確表示 ， 從而使控制算法的特性變化較大。 7. 計(jì)算機(jī)的工作負(fù)荷與采樣周期 ? 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算是串行的，系統(tǒng)管理、輸入輸出、控制算法計(jì)算等各項(xiàng)任務(wù)都要占用一定的時(shí)間，故當(dāng)計(jì)算機(jī)的速度及計(jì)算任務(wù)確定后，采樣間隔就要受到一定限制。 ? 計(jì)算機(jī)速度提高 ， T可以取得更小。 ? 控制算法復(fù)雜性增加 ，計(jì)算工作量增加 ，限制 T的降低。 北京航空航天大學(xué) 20 ? 對(duì)一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果被控過程的主導(dǎo)極點(diǎn)的時(shí)間常數(shù)為 Td，那么采樣周期應(yīng)取 ? 被控過程具有純延滯時(shí)間 τ ? 閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間有要求 ? 閉環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)自然頻率有要求 d / 10TT?( 1 / 4 ~ 1 / 1 0 )T ??s / 1 0Tt?sn10???北京航空航天大學(xué) 21 ? 采樣周期選取總原則： ? 在能滿足系統(tǒng)性能要求的前提下，應(yīng)盡量選取較大的采樣周期（即較低的采樣頻率），以降低系統(tǒng)成本。 控制變量 流量 壓力 液面 溫度 采樣周期 s １ ５ １０ ２０ 工業(yè)過程控制典型變量的采樣周期 北京航空航天大學(xué) 22 ? 主要好處： (1)可以有效地減少計(jì)算機(jī)的運(yùn)算量，從而降低對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度的要求； (2)對(duì)寬頻帶回路的快變信號(hào)選擇相應(yīng)高的采樣速率，可以減少高頻控制器數(shù)字化帶來的動(dòng)態(tài)誤差；根據(jù)低頻帶回路的慢變信號(hào)選擇相應(yīng)低的采樣速率，可以減少低頻控制器數(shù)字化帶來的量化誤差。 ? 多采樣速率配置的原則 ? 根據(jù)每個(gè)回路或變量特性，按前面討論的原則進(jìn)行配置。就單個(gè)回路而言，采樣頻率的選擇與單速率系統(tǒng)是相同的。為使多采樣速率在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，除保證同步采樣的要求外，采樣速率之比通常取整數(shù)倍，如采樣速率比 n=2， 4等。 北京航空航天大學(xué) 23 干擾源 1 電網(wǎng)噪聲 ?電網(wǎng)中大功率設(shè)備的啟停、電網(wǎng)切換或各種故障的產(chǎn)生，都會(huì)使電網(wǎng)發(fā)生瞬變，產(chǎn)生脈沖型噪聲。 2 內(nèi)部干擾 ?由于整個(gè)系統(tǒng)的接地系統(tǒng)不完善，信號(hào)被電磁感應(yīng)和電容耦合，
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