第四章常规及复杂控制技术 本章要点 1.数字控制器的连续化设计方法 重点:数字PD设计、整定 2数字控制器的离散化设计方法 3.纯滞后控制( smith预怙控制、大林算法)难点 4串级控制、前馈反馈控制、解耦控制等算法 1安傲工程利枝院
1 第四章 常规及复杂控制技术 本章要点 1. 数字控制器的连续化设计方法 重点:数字PID设计、整定 2.数字控制器的离散化设计方法 3.纯滞后控制(smith预估控制、大林算法)难点 4.串级控制、前馈反馈控制、解耦控制等算法
4.0引宣 4.1数字控制器的连续化设计 5.1.1连续化设计步骤 512数字PID控制算法 513数字PID算法的改进 5.14数字PID参数的整定 4.2数字控制器的离散化设计 521直接离散化设计的基本原理 522最少拍控制系统设计 4.3纯滞后对象的控制算法 531大林( Dahlin算法 532施密斯( Smith预估控制算法 4.4复杂控制系统设计 541串级控制系统的设计 54.2前馈控制系统的设计 5.4.3多变量解耦控制系统的设计 2安徽工程利枝院
2 4.0 引言 4.1 数字控制器的连续化设计 5.1.1 连续化设计步骤 5.1.2 数字PID控制算法 5.1.3 数字PID算法的改进 5.1.4 数字PID参数的整定 4.2 数字控制器的离散化设计 5.2.1 直接离散化设计的基本原理 5.2.2 最少拍控制系统设计 4.3 纯滞后对象的控制算法 5.3.1 大林(Dahlin)算法 5.3.2 施密斯(Smith)预估控制算法 4.4 复杂控制系统设计 5.4.1 串级控制系统的设计 5.4.2 前馈控制系统的设计 5.4.3 多变量解耦控制系统的设计
40引言 自动化控制系统的核心是控制器控制器的任务是按照 一定的控制规律产生满足工艺要求的控制信号以输出 驱动执行器达到自动控制的目的 在传统的模拟控制系统中控制器的控制规律或控制作 用是由仪表或电子装置的硬件电路完成的; 而在计算机控制系统中,除了计算机装置以外,更主要的 体现在软件算法 arithmetic上即数字控制器的设计上 3安徽王利枝
3 4.0 引言 自动化控制系统的核心是控制器.控制器的任务是按照 一定的控制规律,产生满足工艺要求的控制信号,以输出 驱动执行器,达到自动控制的目的. 在传统的模拟控制系统中,控制器的控制规律或控制作 用是由仪表或电子装置的硬件电路完成的； 而在计算机控制系统中,除了计算机装置以外,更主要的 体现在软件算法arithmetic上,即数字控制器的设计上
控制系统分类(习 计算机 1.开环系统 只靠输入量对输出量单方向控制的系统称为开环 控制系统 干扰 Ui U 输入装置控制装置驱动装置工作台 被控对象 4安程利枝恬院
4 控制系统分类(复习) 1. 开环系统 只靠输入量对输出量单方向控制的系统称为开环 控制系统 输入装置 控制装置 驱动装置 工作台 Ui U o 计算机 被控对象 干扰
开环控制实例 关节式机械手 步进电机的控制 5安欲工程利枝恬院
5 开环控制实例 关节式机械手 步进电机的控制
2.闭环系统控制 控制目的:能够按照要求的参考输入或控制输入对系 统的输出进行调节 经典控制:主要使用传递函数单输入单输出 现代控制:状态空间分析为主研究运动规律根据要求的各项指标, 可以实现最优控制,多输入、时变,非线性随机离散的信号 智能控制 自学习控制 自适应/鲁棒控制 回咝 随机控制 最优控制 确定性反馈控制 系统复杂性 开环控制 时间 经典控制理论阶段 现代控制理抡阶段 智能控制迎论阶段枝恬院
6 2.闭环系统控制 控制目的:能够按照要求的参考输入或控制输入,对系 统的输出进行调节 开环控制 确定性反馈控制 最优控制 随机控制 自适应/鲁棒控制 自学习控制 智能控制 进展方向 系统复杂性 时间 经典控制理论阶段 现代控制理论阶段 智能控制理论阶段 经典控制:主要使用传递函数,单输入单输出 现代控制:状态空间分析为主,研究运动规律,根据要求的各项指标, 可以实现最优控制,多输入、时变,非线性,随机,离散的信号
控制输出u 实际输出y 驱动装置 口m 采集卡 被控系统 理想输出r 信号调理电路 控制输出u 实际输出y 寻找合适的u 误差e=ry 使y更好地复现r 实际输出y 7安徽工程利枝悖院
7 采集卡 被控系统 控制输出u 实际输出y 实际输出y 理想输出r 控制输出u 实际输出y 误差e=r-y 寻找合适的u, 使y更好地复现r
控制系统的品质和性能指标 (1)快速性是希望被控量迅速达到设定值; 2)稳定性是指被控量不发生大幅度、长时间的振荡即使 有小幅振荡也应尽快衰减至零; (3)如果系统被控量与设定值之间的偏差较小,就说系统的 准确性较好. 性能指标:绝对偏差积分 IAE g安徽工程利枝慢院
8 控制系统的品质和性能指标 (1)快速性是希望被控量迅速达到设定值; (2)稳定性是指被控量不发生大幅度、长时间的振荡,即使 有小幅振荡也应尽快衰减至零; (3)如果系统被控量与设定值之间的偏差较小,就说系统的 准确性较好. IAE e dt t = 0 ˆ | | 性能指标:绝对偏差积分
起动快但出现较大超低速爬行 快速且超调不大 调和较长时间振荡 但无超调和振荡 无振荡较满意 图4-1系统响应曲线 9安傲工槿利枝管院
9 (a) 起动快但出现较大超 调和较长时间振荡 t r y (b) 低速爬行 但无超调和振荡 t r y (c) 快速且超调不大 无振荡 较满意 t r y 图4-1 系统响应曲线
4.1数字控制器的连续化设计 411连续化设计步骤 1基本设计思想 2设计假想连续控制器 3.烹散化连续控制器 4离散算法的计算机实现与校验 10安欲工程利枝恬院
10 4.1.1 连续化设计步骤 1.基本设计思想 2.设计假想连续控制器 3.离散化连续控制器 4.离散算法的计算机实现与校验 4.1 数字控制器的连续化设计