1第三章数字控制器模拟化设计张媛媛2参考文献王正林.过程控制与Simulink应用刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真3第一节模拟控制器与数字控制器在数字控制系统中用数字控制器代替模拟控制器。控制过程如下：首先通过模拟量输入通道对控制参数进行采集，并将其转换为数字量，然后送入计算机后按一定的算法进行处理，运算结果由模拟量输出通道转换为模拟量输出。并通过执行机构控制被控对象，以达到期望的控制效果。在计算机控制系统中，计算机就充当了数字控制器的角色。A/D控制规律计算程序D/A执行机构被控对象被控量检测装置给定值反馈量计算机-4数字控制器的必要性1、模拟控制器难以实现复杂的控制规律。2、计算机具有分时控制能力，可实现多回路控制。3、计算机除实现PID数字控制外，还能够实现监控、数据采集、数字显示等功能。5计控系统的两种看法计控系统是混合系统。计算机信号是离散的，被控对象的信号是模拟的。被控对象、A/D、微机、D/A构成的系统；该系统的输入和输出都是模拟量，可以将该系统近似看成是一个连续变化的模拟系统。可以用拉氏变换来分析。D(s)是较正装置（模拟控制器）的传递函数；G(s)是被控对象的传递函数。微机D/A被控对象输入输出A/DD(s)G(s)R(S)C(S)－U(S)E(S)6微机、D/A、被控对象、A/D构成的系统；该输入和输出又都是数字量，所以该系统又具有离散系统的特性，可以用Z变换来分析。Zoh(s)是零阶保持器的传递函数；G(s)是被控对象传递函数；D(z)是数字控制器的脉冲传递函数。zoh(s)G(s)R(S)C(S)－D(z)7设计数字控制器的两种途径在一定条件下，将计控系统近似看成模拟系统，用连续系统的理论来进行动态的分析和设计，再将结果变成数字计算机的算法。这种方法叫模拟化设计方法，又叫间接设计法。把计控系统作适当的变换，变成纯粹的离散系统，用Z变换等工具进行分析设计，直接设计出控制算法。这种方法叫离散化设计方法，又叫直接设计法。8模拟化设计方法的特点模拟化设计方法可引用成熟的经典设计理论和方法。但在“离散”处理时，系统的动态特性会因采样频率的减小而改变，甚至导致闭环系统的不稳定。只是一种近似的方法。参见自控书。9模拟化设计方法（间接法）的基本思路在一定的条件下（采样频率足够高），将系统看成是连续的模拟系统，用已知的连续系统的设计方法（根轨迹法，频域设计法等）设计一个闭环控制系统的模拟控制器D(s)（校正环节），数学工具是拉氏变换。然后再用本章介绍的离散化方法将D(S)离散化为D(z)。该法对采样频率的要求比较严格，仅适用于一些慢变信号的控制，否则误差比较大。10－设计假想的连续控制器D(s)－选择采样周期T－将D(s)离散化为D(z)－设计由计算机实现的控制算法－校验模拟化设计方法（间接法）的步骤11数字控制器的连续化设计步骤1.设计步骤的第一步：假想的连续控制器D(S)以前，我们在设计连续系统时，只要给定被控对象的模型，期望的性能指标，我们就可以设计了。因此，我们设计的第一步就是找一种近似的结构，来设计一种假想的连续控制器D(S)，这时候我们的结构图可以简化为：已知G(S)来求D(S)的方法有很多种，比如频率特性法、根轨迹法。D(s)G(s)e(t)u(t)r(t)y(t)+_12控制系统的设计问题的三个基本要素为：模型、性能指标和容许控制。如果是时域性能指标，如上升时间、调节时间（响应到达并保持在终值±5%内所需的时间）、超调量、阻尼比、稳态误差等，可采用根轨迹法校正；或转换为频域性能指标，由频率特性法校正。如果是频域性能指标，如相角裕度、幅值裕度、静态误差系数、谐振峰值、闭环带宽等，一般采用频率法校正；或转换为时域性能指标，由根轨迹法校正。实际上，工程技术界多习惯采用频率法。132．选择采样周期T香农采样定理给出了从采样信号恢复连续信号的最低采样频率。计控系统中，一般由零阶保持器H(S)来实现离散信号恢复为连续信号。零阶保持器将对控制零阶保持器将对控制信号产生滞后。信号产生滞后。因此，采用间接设计方法，用数字控制器去近似连续控制器，要有相当短的采样周期。14第二节离散化设计方法一、差分变换法把连续校正装置传...
