第4章 補(bǔ)充采樣系統(tǒng)概述.ppt

1、第4章 常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù),補(bǔ)充：采樣系統(tǒng)概述,1、模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng),自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心是控制器?？刂破鞯娜蝿?wù)是按照一定的控制規(guī)律，產(chǎn)生滿足工藝要求的控制信號(hào)，以輸出驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。在傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)中，控制器的控制規(guī)律或控制作用是由儀表或電子裝置的硬件電路完成。其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖,圖1 模擬控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,2、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng),首先通過(guò)A/D對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行采樣，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量?？刂破饔脭?shù)字調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制算法。運(yùn)算結(jié)果由D/A輸出，并通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制生產(chǎn)過(guò)程?？刂破鞯目刂埔?guī)律或控制作用是由計(jì)算機(jī)來(lái)完成的。,圖2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作過(guò)

2、程： （1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)每隔T秒啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，A/D將模擬輸入變成數(shù)字量B（k），并寄存在寄存器中，直到存入下一次轉(zhuǎn)換結(jié)果為止。所以A/D可等效于理想采樣開關(guān)。等效的條件是：A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間TA/D遠(yuǎn)小于采樣周期T，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)連續(xù)部分的慣性時(shí)間常數(shù)。實(shí)際中這兩個(gè)條件通?？偰軡M足。 （2）控制算法計(jì)算及控制輸出：u(k)=fe(k),r(k)，輸出給D/A。計(jì)算機(jī)相當(dāng)于一個(gè)數(shù)字調(diào)節(jié)器和一個(gè)虛擬采樣開關(guān)相串聯(lián)的電路。 （3）計(jì)算機(jī)輸出u(k)，D/A立即將其變換成模擬量u(t)，并且一直保持到下一次輸出新的u(k)為止，所以D/A相當(dāng)于一個(gè)零階保持器。 圖2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖變成下圖：,圖3

3、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,3、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 圖3所示系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和模擬對(duì)象組成，系統(tǒng)中數(shù)字與模擬兩部分由A/D、D/A連接起來(lái)，這樣的系統(tǒng)也稱為混合數(shù)字系統(tǒng)。工程中大多數(shù)是這樣的系統(tǒng)。 方法 一：連續(xù)化設(shè)計(jì)方法 由于A/D、計(jì)算機(jī)、D/A構(gòu)成的組合體的輸入輸出都是模擬量，被控對(duì)象是模擬量，所以該系統(tǒng)可以看成是一個(gè)連續(xù)變化的模擬系統(tǒng)。這樣就可以用連續(xù)系統(tǒng)的理論進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)，得到D(s)，再將D(s)變成數(shù)字控制算法。這種設(shè)計(jì)方法稱為連續(xù)化設(shè)計(jì)方法或模擬化設(shè)計(jì)方法，或稱為間接設(shè)計(jì)法。 基本思路是：當(dāng)系統(tǒng)的采樣頻率足夠高時(shí)，采樣系統(tǒng)的特性接近于連續(xù)變化的模擬系統(tǒng)，因而可以忽略采樣開關(guān)和零階保

4、持器，從而用S域方法設(shè)計(jì)校正器D(s)，再使用S域到Z域的離散化方法求得離散傳遞函數(shù)D(z)。其本質(zhì)是將一個(gè)模擬調(diào)節(jié)器離散化，用數(shù)字調(diào)節(jié)器取代模擬調(diào)節(jié)器。,方法二；離散化設(shè)計(jì)方法 由于D/A、計(jì)算機(jī)、A/D構(gòu)成的組合體的輸入、輸出都是數(shù)字量，這一系統(tǒng)又具有離散系統(tǒng)的特性，因而也可以用Z變換法來(lái)分析。圖三變?yōu)橄聢D：,它采用離散系統(tǒng)的理論，被控對(duì)象用離散模型表示，用Z變換方法，根據(jù)希望的特性，直接設(shè)計(jì)數(shù)字調(diào)節(jié)器。,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是指在給定系統(tǒng)性能指標(biāo)的條件下，設(shè)計(jì)出控制器的控制規(guī)律和相應(yīng)的數(shù)字控制算法。 本章主要介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的常規(guī)控制技術(shù) 常規(guī)控制技術(shù)介紹數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)和離散化設(shè)計(jì)技術(shù) 連續(xù)化設(shè)計(jì)：采樣周期短、控制算法簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。忽略零階保持器和采樣器，求出系統(tǒng)的連續(xù)控制器，以近似方式離散化為數(shù)字控制器。 離散化設(shè)計(jì)：采樣周期長(zhǎng)的或