数字控制器的模拟化设计方法

第四章 数字控制器的连续化设计方法

模拟控制系统的控制过程是通过传感器把被测的各个模拟参量，比如温度、流量、压力、液位、成份等，变换成电信号（电流、电压），再送给模拟调节器。在调节器中，被测模拟参量转换成的电信号与设定值进行比较后，经过PID控制器送到执行机构，改变进给量，达到自动调节的目的。系统的控制器是连续模拟环节，也称为模拟调节器。而在数字控制系统中，用数字控制器来代替模拟调节器。传感器输出的电信号通过A/D转换器转换成数字信号，送给数字控制器。控制器按照一定的控制算法进行运算处理后，输出控制量，再经过D/A转换成模拟量，通过执行机构去控制生产过程，使控制参数达到给定值。在计算机控制系统中，用计算机来控制和调节被控对象，实现数字控制器的功能。

计算机控制系统的设计，是指在给定系统性能指标的条件下，设计出控制器的控制规律和相应的控制算法，并通过控制程序加以实现，对硬件电路、外围设备、执行机构等进行控制，实现控制功能。

为什么要用计算机实现数字控制器的功能？主要是因为它有以下优点： （1） 可以分时控制，实现多回路控制

计算机的运行速度比较快，而被控对象变化一般都比较缓慢，因此用一台计算机可以控制多个外围设备。计算机采用分时控制，轮流为每个

广东工业大学华立学院 课 程 设 计（论文）

课程名称 计算机控制技术 题目名称 数字控制器的设计-模拟化设计法 系 部 机电工程学部 专业班级 09自动化1班 学 号 12030402001 学生姓名 张 三 指导教师 王 赟

2012年06月5日

广东工业大学华立学院 课程设计（论文）任务书

一、课程设计（论文）的内容

已知某伺服系统的对象传递函数为G(s) （1）阶跃响应的超调量σ≤20%； （2）过渡过程的时间ts≤6s。

用模拟化间接设计法设计数字控制器D(z)，若已知求得D(s)

10s 1

，要求： s 1

1

，希望满足的性能指标：

s(10s 1)

（1）采用零极点匹配法进行离散化，分别求出采样周期T=1s、0.5s、0.3s时的数字控制器D(z)；

（2）将数字控制器D(z)变成便于计算机编程的差分方程形式；

（3）利用matlab仿真校验，计算系统的单位阶跃响应，分析过渡过程时间、

计算机控制——北邮(PDF版)

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计算机控制技术高等院校自动化新编系列教材

第5章 数字控制器设计

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计算机控制技术

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主要内容 模拟化设计方法离散化设计方法大林算法数字控制器的实现方法

第五章

数字控制器设计

计算机控制——北邮(PDF版)

计算机控制技术高等院校自动化新编系列教材

5.1 数字控制器的模拟化设计

数字控制器的模拟化设计方法，是指在一定条件下把计算机控制系统近似地看成模拟系统，忽略控制回路中所有的采样开关和保持器，在s域中按连续系统进行初步设计，求出模拟控制器，然后通过某种近似，将模拟控制器离散化为数字控制器，并由计算机实现。

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计算机控制技术

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5.1.1数字控制器的模拟化设计步骤r(t)+ e(t) T e(k) D(z) u(k) T H(s) u(t) G(s) y(t)-

典型的计算机控制系统

设计问题是：根据已知的系统性能指标和 G(s),设计数字控制器 D(z)

第五章

数字控制器设计

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计算机控制技术

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5.1.1数字控制器的模拟化设计步骤) ⒈设计假想的连

第五章 数字控制器的离散化设计方法

数字控制器的连续化设计是按照连续控制系统的理论在S域内设计模拟调节器，然后再用计算机进行数字模拟，通过软件编程实现的。这种方法要求采样周期足够小才能得到满意的设计结果，因此只能实现比较简单的控制算法。当控制回路比较多或者控制规律比较复杂时，系统的采样周期不可能太小，数字控制器的连续化设计方法往往得不到满意的控制效果。这时要考虑信号采样的影响，从被控对象的实际特性出发，直接根据采样控制理论进行分析和综合，在Z平面设计数字控制器，最后通过软件编程实现，这种方法称为数字控制器的离散化设计方法，也称为数字控制器的直接设计法。

数字控制器的离散化设计完全根据采样系统的特点进行分析和设计，不论采样周期的大小，这种方法都适合，因此它更具有一般的意义，而且它可以实现比较复杂的控制规律。

5.1 数字控制器的离散化设计步骤

数字控制器的连续化设计是把计算机控制系统近似看作连续系统，所用的数学工具是微分方程和拉氏变换；而离散化设计是把计算机控制系统近似看作离散系统，所用的数学工具是差分方程和Z变换，完全采用离散控制系统理论进行分析，直接设计数字控制器。

计算机采样控制系统基本结构如图5.1所示。

φ(z) R(z) R(s)

第五章 数字控制器的离散化设计方法

数字控制器的连续化设计是按照连续控制系统的理论在S域内设计模拟调节器，然后再用计算机进行数字模拟，通过软件编程实现的。这种方法要求采样周期足够小才能得到满意的设计结果，因此只能实现比较简单的控制算法。当控制回路比较多或者控制规律比较复杂时，系统的采样周期不可能太小，数字控制器的连续化设计方法往往得不到满意的控制效果。这时要考虑信号采样的影响，从被控对象的实际特性出发，直接根据采样控制理论进行分析和综合，在Z平面设计数字控制器，最后通过软件编程实现，这种方法称为数字控制器的离散化设计方法，也称为数字控制器的直接设计法。

数字控制器的离散化设计完全根据采样系统的特点进行分析和设计，不论采样周期的大小，这种方法都适合，因此它更具有一般的意义，而且它可以实现比较复杂的控制规律。

5.1 数字控制器的离散化设计步骤

数字控制器的连续化设计是把计算机控制系统近似看作连续系统，所用的数学工具是微分方程和拉氏变换；而离散化设计是把计算机控制系统近似看作离散系统，所用的数学工具是差分方程和Z变换，完全采用离散控制系统理论进行分析，直接设计数字控制器。

计算机采样控制系统基本结构如图5.1所示。

φ(z) R(z) R(s)

第四章 数字控制器的连续化设计方法

模拟控制系统的控制过程是通过传感器把被测的各个模拟参量，比如温度、流量、压力、液位、成份等，变换成电信号（电流、电压），再送给模拟调节器。在调节器中，被测模拟参量转换成的电信号与设定值进行比较后，经过PID控制器送到执行机构，改变进给量，达到自动调节的目的。系统的控制器是连续模拟环节，也称为模拟调节器。而在数字控制系统中，用数字控制器来代替模拟调节器。传感器输出的电信号通过A/D转换器转换成数字信号，送给数字控制器。控制器按照一定的控制算法进行运算处理后，输出控制量，再经过D/A转换成模拟量，通过执行机构去控制生产过程，使控制参数达到给定值。在计算机控制系统中，用计算机来控制和调节被控对象，实现数字控制器的功能。

计算机控制系统的设计，是指在给定系统性能指标的条件下，设计出控制器的控制规律和相应的控制算法，并通过控制程序加以实现，对硬件电路、外围设备、执行机构等进行控制，实现控制功能。

为什么要用计算机实现数字控制器的功能？主要是因为它有以下优点： （1） 可以分时控制，实现多回路控制

计算机的运行速度比较快，而被控对象变化一般都比较缓慢，因此用一台计算机可以控制多个外围设备。计算机采用分时控制，轮流为每个

广东工业大学华立学院 课 程 设 计（论文）

课程名称 计算机控制技术 题目名称 数字控制器的设计-Dahlin算法 系 部 机电与信息工程学部 专业班级 11电气4 学 号 12031104026 学生姓名 李星亮 指导教师 王 赟

2014年06月08日

1

广东工业大学华立学院 课程设计（论文）任务书

题目名称 学系学部 专业班级 姓 名 学 号

一、课程设计（论文）的内容

已知某过程对象的传递函数为G(s)?（1）采样周期T=0.5s；

（2）期望闭环系统时间常数T0=0.15s； 二、课程设计（论文）的要求与数据

1、给出数字控制器D(z)设计过程； 2、写出数字控制器D(z)差分方程； 3、给出matlab仿真程序；

4、绘制单位阶跃响应、控制器的输出的图形。 三、课程设计（论文）应完成的工作

1、数字控制器D(z)的理论分析与计算； 2、

4数字控制器的直接设计1

第四章 数字控制器的直接设计

4

数字控制器的直接设计

本章要求： 本章要求：掌握数字控制直接设计的概念和步骤； 掌握数字控制直接设计的概念和步骤； 直接设计的概念和步骤 掌握最少拍无差系统的设计和最少拍无波纹系统的 掌握最少拍无差系统的设计和最少拍无波纹系统的 最少拍无差系统的设计和最少拍无波纹系统 设计方法。 设计方法。

4数字控制器的直接设计1

第四章 数字控制器的直接设计

4.1 概述 4.2 最少拍无差系统的设计 4.3 最少拍无波纹系统的设计 4.4 W变换法设计 (略) 变换法设计 4.5 纯滞后对象的控制算法 大林算法 纯滞后对象的控制算法—大林算法 作业

4数字控制器的直接设计1

第四章 数字控制器的直接设计

4.1 概述章中讨论了数字控制器的模拟化设计方法 第3章中讨论了数字控制器的模拟化设计方法，它立足于连 章中讨论了数字控制器的模拟化设计方法， 续系统的设计，并在计算机上采用数字模拟的方法来实现。 续系统的设计，并在计算机上采用数字模拟的方法来实现。其优 点： 将设计者所熟悉的各种连续系统的设计方法和经验移植到数 字计算机上实现，达到满意的控制效果。 字计算机上实现，达到满意的控制效果。 缺点： 缺点： 采样周期

离散控制系统最少拍控制

摘要

本次设计针对一阶惯性积分系统在单位速度信号输入作用下进行最少拍数字控制器的设计，验证了最少拍控制器的优点，并对最少拍算法进行理论分析，分别设计出最少拍有纹波和无纹波数字控制器，利用 MATLAB 仿真平台对设计的最少拍数字控制器进行系统仿真研究，并对有纹波和无纹波系统进行对比研究。

关键词

最少拍控制；无纹波控制器；有纹波控制器；Matlab仿真

离散控制系统最少拍控制

目录

摘要……………………………………………………………………………………1 第一章 最少拍有纹波控制器设计………………………………………………….3

1.1 设计原理……………………………………………………………………3 1.2 设计举例……………………………………………………………………5 第二章 最少拍无纹波控制器设计………………………………………………….5

2.1 设计原理……………………………………………………………………5 2.2 设计举例……………………………………………………………………6 第三章 基于Matlab的最少拍控制的实现…………………………………………

第三部分直接数字控制器控制系统 应知 应知： 1.了解直接控制器工作原理。 2.掌握Excel 5000集散控制系统网络结构和 总线结构。 3.能正确选择Excel 500控制器模块。

应会 应会： 1.熟悉Excel 50和Excel 500控制器硬件连接 方式。 2.熟悉Excel 50控制器面板操作。

第三部分直接数字控制器控制系统 智能楼宇中的集散计算机控制系统是 智能楼宇中的集散计算机控制系统是 通过通信网络系统将不同数目的现场 控制器与中央管理计算机连接起来， 控制器与中央管理计算机连接起来， 共同完成各种采集、控制、显示、 共同完成各种采集、控制、显示、操 作和管理功能。 作和管理功能。 智能楼宇中的现场控制器采用计算机 技术，又称直接数字控制器(Direct Digital Controller),简称DDC。

第三部分直接数字控制器控制系统 现场控制器 现场控制器根据控制功能可分为专用控 专用控 制器和通用控制器 通用控制器。 制器 通用控制器 专用控制器 专用控制器是为专用设备控制研发的控 制器，如楼宇自动化系统中的空调机控 制器、灯光控制器等。 通用控制器 通用控制器可用于多种设备的控制且