計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第五章數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-1 控制系統(tǒng)的基本信號(hào)形式 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-2 采樣過程示意圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-3 控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-4 連續(xù)系統(tǒng)的輸入/輸出關(guān)系時(shí)域表示 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-5 連續(xù)系統(tǒng)輸入/輸出關(guān)系方塊圖表示

2、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-6 任意離散信號(hào)序列圖示法 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)表5-1 離散信號(hào)的表格表示法 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-7 一階差分與一階差商的關(guān)系 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-8 s平面在z平面的映像 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算

3、機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-9 零階保持器輸入/輸出特性 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-10 零階保持器的頻率特性 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-11(a) 串聯(lián)環(huán)節(jié)的Z 傳遞函數(shù) 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-11(b) (c) 串聯(lián)環(huán)節(jié)的Z傳遞函數(shù) 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-12 含零階保持器的串聯(lián)環(huán)節(jié) 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-13 離散結(jié)構(gòu)圖的等效關(guān)系 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制

4、技術(shù)表5-2 典型的閉環(huán)離散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及對應(yīng)的輸入/輸出傳遞關(guān)系計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-15 有擾動(dòng)時(shí)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-16 例5-12的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-17 Simulink仿真等效結(jié)構(gòu)圖及時(shí)間響應(yīng)曲線 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-18 Simulink仿真結(jié)構(gòu)圖及時(shí)間響應(yīng)曲線 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)表5-3 采樣周期經(jīng)驗(yàn)參考值 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)表5-4 采樣頻率的采樣保持誤差 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制

5、技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-19 數(shù)字控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 圖5-20 連續(xù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-21 數(shù)字控制器的間接設(shè)計(jì)方法流程圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-22 雙線性變換的幾何意義 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)s平面s1平面z平面雙線性變換法的映射關(guān)系計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-23 3種離散化方法s的左半平面映射到z平面的圖 計(jì)算機(jī)控

6、制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-24 離散控制器系統(tǒng)的階躍響應(yīng)及斜坡響應(yīng)仿真波形圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-25 積分分離PID控制結(jié)構(gòu)圖 圖5-26 抗積分飽和PID控制結(jié)構(gòu)圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-27 不完全微分結(jié)構(gòu)圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-28 不完全微分的階躍響應(yīng) 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-29 常規(guī)

7、PID控制系統(tǒng)與微分先行PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-30 微分先行PID控制算法的仿真結(jié)構(gòu)圖及輸出波形圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-31 微分平滑原理圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-32 棒棒控制與數(shù)字PID控制相結(jié)合 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-33 帶死區(qū)的PID控制結(jié)構(gòu)圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)表5-5 比例度法PID參數(shù)整定表 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)表5-6 響應(yīng)曲線法PID參數(shù)整定表 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖

8、5-34 被控對象階躍響應(yīng)特性曲線 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-35 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)方法流程圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-36 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖圖5-37 采用采用Simulink的仿真波形圖的仿真波形圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-38 輸入信號(hào)改變時(shí)仿真波形圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算

9、機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-39 仿真波形圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-40 仿真波形圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-41 仿真波形圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-42 帶純滯后環(huán)節(jié)的連續(xù)控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-43 史密斯預(yù)估補(bǔ)償原理圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-44 加入預(yù)估補(bǔ)償器方塊圖的等效變換 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-45 包含滯后環(huán)節(jié)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-46 仿真結(jié)構(gòu)圖 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-47 3組誤差曲線、控制曲線和響應(yīng)曲線 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖5-48 系統(tǒng)的等效結(jié)構(gòu)圖