第五章常用数字控制器设计第五章常用数字控制器设计•数字控制系统是计算机闭环控制系统的数字控制系统是计算机闭环控制系统的核核心部分心部分，系统控制性能的好坏直接与数字，系统控制性能的好坏直接与数字控制器的设计相关。控制器的设计相关。•设计数字控制器，就是在给定对象的基础设计数字控制器，就是在给定对象的基础上，在给定性能指标的条件下，设计出满上，在给定性能指标的条件下，设计出满足控制性能的控制规律，以及与此对应的足控制性能的控制规律，以及与此对应的计算机编程算法。计算机编程算法。第一节数字控制器连续化设计技术第一节数字控制器连续化设计技术工程上多数情况下被控对象是连续的。这样组工程上多数情况下被控对象是连续的。这样组成的计算机系统中，既有连续信号又有离散信号，成的计算机系统中，既有连续信号又有离散信号，称之为“称之为“混合系统混合系统”，如”，如图图3.13.1所示。所示。被控对象被控对象：其输入输出均为模拟量，是系统的连续：其输入输出均为模拟量，是系统的连续部分。部分。数字控制器数字控制器::可以是计算机，工业控制机或数字控可以是计算机，工业控制机或数字控制器等。制器等。图图3.13.1混合系统混合系统一数字控制器的两类设计方法一数字控制器的两类设计方法•连续信号与离散信号的转换时通过连续信号与离散信号的转换时通过采样器、采样器、ADAD转转换器、换器、DADA转换器、保持器转换器、保持器来实现的，如图来实现的，如图3.23.2所所示，依据观察点的不同选择，数字控制器有两大类示，依据观察点的不同选择，数字控制器有两大类设计方法设计方法：：连续化设计方法连续化设计方法（间接设计法）和（间接设计法）和离散离散化设计方法化设计方法（直接设计法）。（直接设计法）。采样器A/D计算机D/A保持器被控制对象()rt()et*()et()enT()unT*()ut()ut()yt3.2典型计算机控制系统结构及其组成部分从从BB’BB’向左看向左看--连续化设计法连续化设计法•把把DADA转换器、数字控制器、转换器、数字控制器、ADAD转换器转换器看做一看做一个整体，等效成一个模拟控制器个整体，等效成一个模拟控制器D(S)D(S)，再加上，再加上，这时整个系统可以看做，这时整个系统可以看做连续系统，连续系统，书上书上图图3-23-2（（aa））。。•数字控制器数字控制器D(z)D(z)的设计要分两步走：先设计校的设计要分两步走：先设计校正装置的正装置的传递函数传递函数D(s)D(s)，然后采用，然后采用某种离散化某种离散化方法，将它变成计算机算法。方法，将它变成计算机算法。0()Gs数字部分D/A连续部分A/DAB数字量模拟量数字量模拟量混合系统BA从从AA’AA’向右看向右看--离散化设计法离散化设计法•把把DADA转换器、被控对象、转换器、被控对象、ADAD转换器转换器看看为一体，等效成一个离散对象为一体，等效成一个离散对象G(z)G(z)，再加，再加上数字控制器上数字控制器D(z)D(z)，这时整个系统可看做，这时整个系统可看做离散系统离散系统，书上，书上图图3-23-2（（bb））。。•数字控制器数字控制器D(z)D(z)的设计：已知被控对象的的设计：已知被控对象的传递函数或特性传递函数或特性G(Z)G(Z)，根据所要求的，根据所要求的性能性能指标指标，设计数字控制器。，设计数字控制器。二数字控制器的连续化设计二数字控制器的连续化设计•连续化设计方法(也称模拟化设计方法)：忽略控制回路中所有的零阶保持器和采样器，并采用较高的采样频率，在s域中按连续系统进行初步设计，求出模拟控制器，再通过某种近似，将模拟控制器变换为数字控制器，由计算机去实现。工程界熟悉经典的连续系统控制器设计，如频率法、根轨迹法，有广泛的应用。r(t)y(t)TD(z)e(t)e(k)Tu(k)H0(s)u(t)G(s)D(s)缺点：离散化过程中，动态特性总要变坏，需要试凑。离散化方法的选取非常重要。r(t)y(t)TD(z)e(t)e(k)Tu(k)H0(s)u(t)G(s)D(s)数字控制器的连续化设计步骤数字控制器的连续化设计步骤第一步：设计假想的连续控制器D(s)按照给定的对象G(s)和要求的性能指标，用连续系统的设计方法设计出模拟控制器的传递函数D(s)第二步：选择合适的采样周...
