計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法的介紹(編輯修改稿)
2025-02-02 19:34 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 特點(diǎn)是： （ 1）如果 穩(wěn)定，則 也穩(wěn)定； （ 2）如果 是一個(gè)復(fù)雜的傳遞函數(shù)，其 變換很可能無(wú)法在一般 變換表中查到，需要進(jìn)行部分分式展開(kāi)。 ZZZ)](1[)( sDseZzD Ts???Z)(sD )(zD)(sD ZZ 例 21 設(shè)有模擬控制器 ，分別用后向 差分法、雙線性變換法、零極點(diǎn)匹配法和加零階保持器的 變換方法離散化處理，求其對(duì)應(yīng)的數(shù)字控制器 。（采樣周期為 ） 解： （ 1）后向差分法 )3)(2( 2)( ??? sssDZ )(zD?T)7 6 9 )(8 3 3 (0 1 2 ))(( )31)(21(2)(111111?????????????????zzzzTzTzzD （ 2）雙線性變換法 ))(0 . 8 1 8 2 z(10 . 0 0 4)1723)(1822()1(2 )1332020)(1222020(2 )31120)(21120(2 )3112)(2112(2)(11112111111111111111???????????????????????????????????????????????????zzzzzzzzzzzzzzzzTzzTzD （ 3）零極點(diǎn)匹配法 由控制器傳遞函數(shù)可知，有兩個(gè)極點(diǎn)： ， ；兩 個(gè)無(wú)限零點(diǎn)。按照變換法則有 按照增益匹配法則有 21 ??p 32 ??p)74 )(81 ()1())(()1()( 22????????????? zzzezezzzD12))(()()(10 ?????? ??zszDsDK 最后得 （ 4）加零階保持器的 變換方法 ))(()1())(()1()(11212???????????zzzzzzzDZ)7 4 0 )(8 1 8 ()8 4 6 (0 0 8 4 )7 4 0 )(8 1 8 ()8 4 6 (0 0 8 4 ])3)(2(6[3)1(])3)(2(21[)(11111??????????????????????zzzzzzzsssZzssseZzDsT 一、直接數(shù)字化設(shè)計(jì)步驟 由圖 26所示的典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的 兩點(diǎn)向右看，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以等效為一個(gè)離散系統(tǒng)，即把 D/A、控制器和 A/D看成是一個(gè)整體，如圖 212所示。 圖 212 離散系統(tǒng)等效圖 ABA / DD / A)( zD對(duì) 象)( zR? )( zG? )( zY第三節(jié) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的直接數(shù)字化設(shè)計(jì)方法 圖中 定義為系統(tǒng)廣義脈沖傳遞函數(shù)。根據(jù)自動(dòng)控制理論，可以得到控制系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為 (230) 由上式可求得數(shù)字控制器 為 (231) 因此，若已知系統(tǒng)廣義脈沖傳遞函數(shù) ，且可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和控制系統(tǒng)性能指標(biāo)構(gòu)造出 ，就可以根據(jù)式（ 231）直接求出數(shù)字控制器 。 )(zG)()(1)()()(zGzDzGzDz???)(zD)](1)[()()(zzGzzD????)(zG)(z?)(zD )(z?)(zGZ)](1[)1()](1[)( 1 sGsZzsGseZzG sT ?? ????)(z?由此可得直接數(shù)字化設(shè)計(jì)步驟為： (232) 1．求系統(tǒng)廣義脈沖傳遞函數(shù) ，即對(duì)帶有零階保持器的被控對(duì)象傳遞函數(shù)進(jìn)行 變換。 2．根據(jù)對(duì)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求和其他約束條件，構(gòu)造系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) 。 3．將 和 代入式（ 231）求出數(shù)字控制器 。 )(zG )(zD4．利用計(jì)算機(jī)仿真軟件，對(duì)求出的數(shù)字控制器 進(jìn)行校驗(yàn)。若達(dá)到設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行下一個(gè)步驟，否則進(jìn)行再設(shè)計(jì)。 5．將數(shù)字控制器 變成易于計(jì)算機(jī)編程的差分方程的形式。 )(zD)(zD 二、數(shù)字控制器的實(shí)現(xiàn) 對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，數(shù)字控制器都是由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即用計(jì)算機(jī)編制算法程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)字控制器的控制規(guī)律。無(wú)論按照哪種設(shè)計(jì)方法得到數(shù)字控制器 都是關(guān)于 的有理分式形式，要用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)其控制算法，必須變換成便于計(jì)算機(jī)編程的差分方程的形式。計(jì)算機(jī)在計(jì)算過(guò)程中存在量化效應(yīng)，因此對(duì)控制算法的不同形式會(huì)產(chǎn)生不同的影響。 1．直接程序設(shè)計(jì)法 通常，數(shù)字控制器的一般表示形式為 (233) )(zD1?z120 1 21212()()1 ( )mmnnb b z b z b z UzDza z a z a z E z? ? ?? ? ?? ? ? ???? ? ? ? 所以 (234) 作 反變換，得差分方程為 (235) 直接對(duì)式（ 235）編程，便可求出數(shù)字控制器的輸出 的值。
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