页数：5页文件大小：24.2 KB来源： 计算机控制技术ppt课件
本课件为《计算机控制技术》课程的教案 第4章 常规及复杂控制技术，围绕教案 第4章 常规及复杂控制技术、核心原理与工程实现展开讲解，逐页呈现原理框图、接口电路与程序示例，并给出完整文字版，便于按章节检索与课后复习。
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教案（第4章）第2页
教案（第4章）第3页：重点如何突出，难点如何师生互动等教授分析控制系统的性能指标，有些内容作为复习内容出现。数字控制器的连续化设计步骤首先是利用自动控制原理学过的知识（频率特性法、根采用轨迹法等）设计出假想的连续控制器D(S)，选择好采样周期T，即可将D(S)离散化为的教D(Z)，对于双线性变换、前向差分、后向差分都要从级数展开和数值积分定义来分析，而且学方使用双线性变换，一个稳定的连续控制系统在变换之后仍将是稳定的，可是使用前向差分法和法，就可能把它变换为一个不稳定的离散控制系统（要求学生根据在自动控制原理课中所辅助学知识，给出证明）。手段，在计算机控制系统中，PID控制规律的实现必须用数值逼近的方法。当采样周期相当短板书时，用求和代替积分、用后向差分代替微分，使模拟PID离散化变为差分方程。有两种型式：设计，数字PID位置型控制算法和数字PID增量型控制算法，做出比较。数字PID控制器的改进是非常重要的内容，包括：积分项的改进(1)积分分离(2)抗积分饱和(3)梯形积分(4)消除积分不灵敏区微分项的改进(1)不完全微分PID控制算法(2)微分先行PID控制算式只有发挥计算机运算速度快、逻辑判断功能强、编程灵活等优势，才能在控制性能上超过模拟调节器。而对于积分项和微分项的改进，正是为了更合理的应用PID控制技术。针对梯解决，形积分、消除积分不灵敏区、不完全微分，可以从数学表达式上看出改进后的效果。PID控制器性能的好坏，控制效果的优劣跟PID控制器的参数选择有直接的关系。对于连续控制器进行离散化，最重要的一点就是要求采样周期要相当小，因此，对于数字控制器，首要一点是根据影响因素选择合适的采样周期T。PID控制器在使用过程中，另有KP，TI，TD三个参数需要整定。简易工程整定法是由经典的频率法简化而来的，虽然稍微粗糙一点，但是简单易行，适于现场应用。凑试法更多的应用于仿真实验当中，要求对P、I、D三部分的参数有深刻的理解。由于控制任务的需要，当所选择的采样周期比较大或对控制质量要求比较高时，必须从被控对象的特性出发，直接根据计算机控制理论(采样控制理论)来设计数字控制器，这类方法称为离散化设计方法。所谓最少拍控制，就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态，且闭环脉冲传递函数具有以下形式2N−1−2−NΦ(z)=φ1z+φz+…+φz根据z变换的终值定理，得到系统的稳态误差的表达式，针对典型输入函数的Z变换(1−z−1)q表达式R(z)=B(z)，得到Ф(z)=1-(1-z-1)q，最少拍控制器D(z)为=G(z)1−Φ(z)G(z)(1−z−1)q1Φ(z)1−(1−z−1)qD(z)=
教案（第4章）第4页：拍控制系统分析，得到最少拍控制器的局限性：(1)针对一种典型的输入函数R(z)设计，得到系统的闭环脉冲传递函数Ф(z)，用于次数较低的输入函数R(z)时，系统将出现较大的超调，响应时间也会增加，但在采样时刻的误差为零。反之，当一种典型的最少拍特性用于次数较高的输入函数时，输出将不能完全跟踪输入以致产生稳态误差。由此可见，一种典型的最少拍闭环脉冲传递函数Ф(z)只适应一种特定的输入而不能适应于各种输入。(2)只有当G(z)是稳定的(即在z平面单位圆上和圆外没有极点)，且不含有纯滞后环节时，式Ф(z)=1-(1-z-1)q才成立。如果G(z)不满足稳定条件，则需对设计原则作相应的限制。在单位圆外或圆上D(z)和G(z)不能对消零极点，但并不意味含有这种现象的系统不能补偿成稳定的系统，只是在选择Ф(z)时必须加一个约束条件，这个约束条件称为稳定性条件。达林算法的设计目标是使整个闭系统所期望的传递函数Ф(s)相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联，即Φ(s)=1e−τs，代入τ=NT,并进行z变换Tτs+1D(z)=1Φ(z)Φ(z)=(1−eτ)z进而G(z)1−Φ(z)−TT−N−11−e−TTτz−1=1z−N−1(1−e−TTτ)G(z)1−e−TTτz−1−(1−e−TTτ)z−N−1对于一阶和二阶环节，简单进行分析。振铃(Ringing)现象，是指数字控制器的输出以二分之一采样频率大幅度衰减的振荡。针对振铃现象，提出一种最简单的输入R(z)和Φu(z)表达式，分析出产生振铃现象的原因。由图4.23所示炉温控制系统，引出计算机串级控制系统结构图。对于串级控制系统的分析有一个原则，就是不管串级控制有多少级，计算的顺序总是从最外面的回路向内进行。这样，针对图4.25所示系统，给出相应计算方法和步骤；为了防止主控制器输出(也就是副控制器的给定值)过大而引起副回路的不稳定，同时，也为了克服副对象惯性较大而引起调节品质的恶化，在副回路的反馈通道中加入微分控制，称为副回路微分先行。副回路的引入给系统带来了很多的优点：更强的抑制扰动的能力；克服对象纯滞后的影响；把非线性对象包含在副回路中，由于副控回路是随动系统，能够适应操作条件和负荷的变化，自动改变副控调节器的给定值。前馈控制是按扰动量进行控制的，当系统出现扰动时，前馈控制就按扰动量直接产生校正作用，以抵消扰动的影响。采有前馈与反馈控制相结合的控制结构，既能发挥前馈控制对扰动的补偿作用，又能保留反馈控制对偏差的控制作用。三冲量给水控制系统是典型的前馈-反馈控制结构，通过图4.30锅炉汽包水位控制系统示意图，分析出系统框图，然后采用零阶保持器法进行离散化处理，最终得到相应的调节量输出序列。通过分析精馏塔组分控制，引出控制回路耦合问题；解耦控制的主要目标是通过设计解耦补偿装置，使各控制器只对各自相应的被控量施加控制作用，从而消除回路间的相互影响。多变量控制系统解耦的条件是系统的闭环传递函数矩阵Φ(s)为对角线矩阵。引入解耦补偿装置，使得Φ(s)满足要求。进而进行离散化，得到可编程的差分方程形式。针对学生数学基础较薄弱，故不对模糊数学做大篇幅的介绍，而将重点放在模糊控制器设计，从工程应用的角度，来认识模糊控制。针对不同的应用系统，利用matlab进行仿真试验，让学生切身体会设计模糊控制器的过程。模糊控制器主要包括输入量模糊化接口、知识库、推理机、输出清晰化接口四个部分。模糊控制系统的关键是设计模糊控制器，需要：选择模糊控制器的结构、选取模糊规则、确定模糊化和清晰化方法、确定模糊控制器的参数、编写模糊控制算法程序。最后，要求学生查阅相关资料，了解模糊控制的研究现状。教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等4.2，4.3，4.4，4.5,4.6，4.7，4.8,4.9，4.10，4.11，4.12,4.14，补充：查阅至少3篇文献，写出对模糊控制研究现状的总结材料。作业布置
教案（第4章）第5页：计算机控制技术》（第2版），于海生，清华大学出版社主要实用PID的几种改进方法,付冬梅,自动化博览,1997/01参考基于积分分离的PID位置控制器的设计,胡科峰,机床与液压,2004/05资料计算机控制理论及应用，孙增圻，清华大学出版社数字控制器离散设计的新探讨,刘玉文,甘肃广播电视大学学报,1998/02用MATLAB进行数字控制器计算机辅助设计,陈晓天,广东自动化与信息工程,1997/02最少拍控制器的设计方法,涂源钊,四川大学学报(工程科学版),1997/04最少拍炉温控制系统的设计,陈学,计算技术与自动化,1998/03采用大林控制器大纯滞后系统的数字仿真分析,汤学炳,江汉石油学院学报,1994/01锅炉汽包水位MFAC-PID串级控制方案的仿真研究,李传庆,东北电力学院学报,2005/04基于KMM调节器的锅炉水位前馈-串级控制系统,王淑红,自动化仪表,2003/11汽包锅炉状态前馈-反馈给水控制,潘维加,动力工程,2001/06模糊控制技术，刘曙光等编著，中国纺织出版社精通MATLAB(M)，张志涌，北京航空航天大学出版社基于MATLAB下的模糊控制系统的建立及仿真和优化实现,姚雪宏,机床与液压,2000/05关于模糊PID控制器的应用设计,刘伟,沈阳工业大学学报,2003/02模糊控制系统研究与应用,陶文华,工业仪表与自动化装置,2004/04备注
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