【正文】 ? 預估 是純滯后控制中的基本方法 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 104 ? 史密斯 (Smith)純滯后補償器 Gc(s) Gp(s) Gp(s) r d u y y39。 – （ 2）如果純比例控制有較大余差，則需要加入積分作用。 kekeTTieTTkeKku dkiic542 數(shù)字 PID控制算法的改進 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 66 ? 理想微分 PID與 實際微分 PID –實際微分增量型控制算式 ? 實際微分的其它形式 – Gf(s)為 一階超前 /一階滯后 環(huán)節(jié) ,或?qū)?理想微分 作用改為 微分 /一階慣性 環(huán)節(jié) )( )1()1()( 39。 – 直線控制數(shù)控系統(tǒng) 和點位控制相比，直線控制要進行直線加工，控制電路要復雜一些。 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 37 ℃ Pt100 ℃ Pt100 ℃ Pt100 50 10 80 40 20 90 30 30 100 20 40 150 20 50 200 10 60 0 70 熱電阻分度表 數(shù)據(jù)處理 線性化處理 ? 查表法 為提高運算速度，可將非線性關(guān)系轉(zhuǎn)化為表格形式 存在計算機內(nèi)，在線工作量僅是根據(jù)采樣值查表 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 38 數(shù)據(jù)處理 校正運算 ? 有時來自被控對象的某些檢測信號與真實值有偏差，這時需要對這些檢測信號進行補償，力求補償后的檢測值能反映真實情況。一般取 n為 35次。 ,利用級數(shù)展開可得 112???Tzzs2121212122sTsTsTsTeeez sTsTsT??????????? ??雙線性變換或塔斯廷(Tustin)近似 雙線性變換法 : sTez ?第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 11 前向差分法 : sTez ?sTsTez sT ?????? 11 ?Tzs 1??TzssDzD 1)()( ???利用級數(shù)展開可將 ，寫成以下形式 上式稱為前向差分法或歐拉法的計算公式。 為了由 D(s)求取 D(z)，由上式可得 上式便是前向差分法由 D(s)求取 D(z)的計算公式 且有 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 12 后向差分法 : sTez ?利用級數(shù)展開可將 ，寫成以下形式 為了由 D(s)求取 D(z)，由上式可得 上式便是后向差分法由 D(s)求取 D(z)的計算公式 且有 sTeez sTsT ???? ? 111Tzzs 1??TzzssDzD 1)()( ???第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 13 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計技術(shù) ? (4) 設(shè)計由計算機實現(xiàn)的控制算法 nnmmzazazbzbbzEzuzD?????????????111101)()()()()()()()( 1102211 zEzbzbbzuzazazazu mmnn ????? ????????? ??)()1()()()2()1()( 1021 mkebkebkebnkuakuakuaku mn ?????????????? ??設(shè)數(shù)字控制器 D(z)的一般形式為 上式可改寫為 上式用時域表示為 利用上式即可實現(xiàn)計算機編程， 因此上式稱為數(shù)字控制器 D(z)的控制算法。 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 28 數(shù)字濾波 中值濾波法 ? 平均值濾波 對具有周期性干擾噪聲的信號比較有效 ,中值濾波法 對偶然出現(xiàn)的脈沖干擾信號有良好的濾波效果 ,結(jié)合使用濾波效果會更好 . ? 方法是連續(xù)采樣 m次，并按大小排序，從首尾各舍掉 1/3個大數(shù)和小數(shù)，再將剩余的 1/3個大小居中的數(shù)據(jù)進行算術(shù)平均，作為本次采樣的有效數(shù)據(jù)；亦可去掉采樣值中的最大值和最小值，將余下的（ m2）個采樣值算術(shù)平均。 ? 用孔板測氣體體積流量的溫度、壓力補償 01100 PTPTFF ＝第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 39 數(shù)據(jù)處理 標度變換 ? 概述 – 生產(chǎn)中各個參數(shù)有不同的數(shù)值和量綱 ,如 Pa、 ℃ 等 – 參數(shù)經(jīng)變送器 轉(zhuǎn)換成 A/D能接收的 0~ 5V電壓信號，又由 A/D轉(zhuǎn)換成 00~FFH的數(shù)字量，不帶量綱，僅代表參數(shù)值相對大小。 – 輪廓控制數(shù)控系統(tǒng) 要控制刀具準確完成復雜的曲線運動，故控制電路 復雜，且需要進行一系列的插補計算和判斷。 kuakuaku ???????? ??????? ????????? )1()()()()( 39。積分時間從大變小，同時調(diào)整比例增益，使系統(tǒng)保持良好的動態(tài)性能，反復調(diào)整比例增益和積分時間，以得到滿意的動態(tài)性能。 Gs(s) 史密斯預估控制系統(tǒng)示意框圖 m q e se??y?553 純滯后補償控制系統(tǒng) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 105 ? 史密斯 (Smith)純滯后補償器 –圖中虛框即為史密斯預估器 ， 其等效傳遞函數(shù)Gs (s)為 Gs (s)=Gp(s)(1－ ) ? 閉環(huán)傳遞函數(shù)為 se ??spcpc esGsGsGsGsG ????)()(1)()()(553 純滯后補償控制系統(tǒng) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 106 ? 史密斯 (Smith)純滯后補償控制系統(tǒng)實施 ? 純滯后的表示 – 設(shè) 采樣周期為 T，則由于純滯后 τ的存在，信號要延遲 N 個周期 – 內(nèi)存中設(shè) N 個單元存放信號 m(k)的歷史數(shù)據(jù) – 第 N 號單元里的內(nèi)容即為 m(k)滯后 N 個采樣周期后的信號 q(q=m(kN))。 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 103 553 純滯后補償控制系統(tǒng) ? 史密斯 (Smith)純滯后補償器基本思想 –建立過程的動態(tài)特性的模型； –將模型加入到反饋控制系統(tǒng)中，有延遲的一部分用于抵消被延遲了 τ 的被控量； –無延遲部分反映到調(diào)節(jié)器，讓調(diào)節(jié)器提前動作，從而可明顯地減少超調(diào)量和加快調(diào)節(jié)過程。若系統(tǒng)靜差較小，滿足要求可采用純比例控制。 kuakauku ????? ??????? ????? ??)1()()()()( 039。 X b a d c Y 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 50 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 51 數(shù)控系統(tǒng)分類 按控制方式分類 ? 按控制方式分類 – 點位控制數(shù)控系統(tǒng) 點位控制最簡單，其運動軌跡沒有特殊要求，運動時又不加工，它的控制電路只要具有記憶和比較功能即可，不需要插補運算。 一般折線段數(shù)越多 ， 線性化精度越高 。 ? 適用范圍 – 對于去掉由于偶然因素引起的波動或采樣器不穩(wěn)定造成的誤差所引起的脈動干擾比較有效 . – 若變量變化比較慢，則采用中值濾波效果比較好 ? 實際使用時 ， n值要選擇適當，若選擇過小，可能起不到去除干擾的作用， n過大，會造成采樣數(shù)據(jù)的時延過大，造成系統(tǒng)性能變差。 – 采樣定理僅從理論上給出了采樣周期的上限，實際采樣周期的選擇要受到多方面因素的制約 ,如： 系統(tǒng)控制品質(zhì)的要求、執(zhí)行機構(gòu)的特性、控制系統(tǒng)抗干擾和快速響應(yīng)的要求 、計算工作量 、計算機的成本 、控制對象的時間常數(shù) Tp和純滯后時間 τ 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 9 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計技術(shù) ? (3) 將 D(s)離散化為 D(z) – 常用連續(xù)系統(tǒng)離散化的方法： 雙線性變換法 后向差分法 前向差分法 沖擊響應(yīng)不變法 零極點匹配法 零階保持法 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 10 112???Tzzs112)()(????tzzssDzD為了由 D(s)求解 D(z)，由上式得 且有 () 式 ()就是利用雙線性變換法由 D(s)求取 D(z)的計算公式。 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 14 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計技術(shù) ? (5) 校驗 – 控制器 D(z)設(shè)計完成并求出控制算法后，需要檢驗其閉環(huán)特性是否符合設(shè)計要求，可采用數(shù)字仿真來驗證，若滿足設(shè)計要求，設(shè)計結(jié)束，否則應(yīng)修改設(shè)計。 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 29 數(shù)字濾波 慣性濾波法 ? 慣性濾波法基本概念 – 用軟件實現(xiàn) RC低通濾波器功能 , 動態(tài)方程為 – 其中 Tf =RC，稱為濾波時間常數(shù) – 離散化后動態(tài)方程， T為采樣周期 , 得 0＜ a＜ 1, 稱為濾波系數(shù)。 – 為方便操作及運算、顯示和打印的要求，須把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值 ? 標度變換方法 – 線性參數(shù)標度變換 – 非線性參數(shù)標度變換 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 40 數(shù)據(jù)處理 標度變換 ? 線性參數(shù)標度變換 – 一次儀表測量值與 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果具有線性關(guān)系 ? 非線性參數(shù)標度變換 – 一次儀表測量值與 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是非線性關(guān)系 – 根據(jù)差壓變送器信號 △ P與流量 F的關(guān)系 ， 可得測量流量時的標度變換式 即 0m0x0m0x NNNN)AA(AA?????0000()xxmmNNG G G GNN?? ? ??0m0xxmxxNkNkNkNkGGGG?????第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 41 數(shù)據(jù)處理 越限報警處理 ? 概述 – 把計算機采集的數(shù)據(jù)經(jīng)計算機進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波、標度變換之后，與該參數(shù)上、下限給定值進行比較。 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 52 數(shù)控系統(tǒng)分類 按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類 ? 開環(huán)數(shù)控系統(tǒng) – 早期數(shù)控機床采用的數(shù)控系統(tǒng)，執(zhí)行機構(gòu)多采用步進電機或脈沖馬達。 kekeTTkeTTkeKku dic542 數(shù)字 PID控制算法的改進 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計算機控制技術(shù) 67 2. 微分先行 PID控制算法 （ “ 測量值微分 ” ） 出發(fā)點 ： 避免因 給定值變化 給控制系統(tǒng)帶來超調(diào)量過大 、 調(diào)節(jié)閥動作劇烈的沖擊 。 – （ 3）若使用比例積分控制，反復調(diào)整仍達不到滿意的效果，則可加入微分環(huán)節(jié)。 TN ??553 純滯后補償控制系統(tǒng) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略