第四章(二) 典型数字控制器设计--最少拍数字控制器(1)
计算机控制技术课后习题答案
1.1计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
1.2实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。
(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。
1.5计算机控制系统的特点是什么？微机控制系统与常规的自动控制系统相比，具有如下特点：a.控制规律灵活多样，改动方便b.控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制c.能够实现数据统计和工况显示，控制效率高d.控制与管理一体化，进一步提高自动化程度1.6计算机控制系统的发展趋势是什么？大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛。
为更好地适应生产力的发展，扩大生产规模，以满足对计算机控制系统提出的越来越高的要求，目前计算机控制系统的发展趋势有以下几个方面。
a.普及应用可编程序控制器b.采用集散控制系统c.研究和发展智能控制系统2.4数字量过程通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道。
数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路、并行接口电路和定时计数电路等组成。
计算机控制系统课程设计--- 最少拍控制系统设计
能源与动力工程学院课程设计报告题目：最少拍控制系统设计课程：计算机控制技术课程设计专业：电气工程及其自动化班级：电气0902 姓名：孙威学号： 091302224第一部分任务书《计算机控制技术》课程设计任务书一、课题名称最少拍控制系统设计二、课程设计目的课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。
《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。
计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。
通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。
三、课程设计内容设计以89C51单片机和ADC 、DAC 等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制系统。
1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。
2. 控制算法：最少拍控制。
3. 软件设计：主程序、中断程序、A/D 转换程序、滤波程序、最少拍控制程序、D/A 输出程序等。
四、课程设计要求1. 模入电路能接受双极性电压输入（-5V~+5V ），模出电路能输出双极性电压（-5V~+5V ）。
2. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。
3. 每个同学选择不同的被控对象：510(),()(1)(0.81)(1)(0.41)G s G s s s s s ==++++ 45(),()(0.41)(0.81)G s G s s s s s ==++ 58(),()(1)(0.21)(0.81)(0.21)G s G s s s s s s s ==++++55(),()(0.81)(0.31)(0.81)(0.21)G s G s s s s s ==++++4. 设计无纹波最少拍控制器。
第四章数字控制器的直接设计资料
系统的误差传递函数
为
（1）
根据准确性要求，系统无稳态误差，而
（2）
又根据终值定理，有
（3）
对于时间t为幂函数的典型输入函数 其z变换的一般形式为
（4） （5）
其中
为不包括
因子的关于 Z-1的多项式，所以
（6）
为使稳态误差为零，
必须含有因子
，即 （7）
其中P≥q，q为对应于典型输入函数
中分母
因子的阶次。
是不包含零点z=1的z-1的多项式。
根据快速性要求，即，使系统的稳态误差尽快为零，故必然有
所以，对于典型的输入来说，有
（8） （9）
1.单位阶跃输入 由式（8）、 （9）有
即
（10） （11）
（12）
说明系统只需一拍，输出就能跟随输入。此时 用长除法可得 输出序列如下图（a）所示。
（13）
将（10）、（11）代人上图有
第四章 数字控制器的直接设计
第一节 最少拍无差系统的设计 第二节 最少拍无波纹系统的设计 第三节 大林算法
给定值 输入通道 A/D
计算机
输出通道 D/A
被控变量 广义对象
y
输入通道 A/D
模拟化设计方法，又称间接设计法。
离散化设计方法，又称直接设计法。
下面阐述直接设计法的基本原理和设计步骤：
如下图所示的离散控制系统中， 为广义对象的脉冲传递函数，其中
(二)稳定性要求
在最少拍系统中，不但要保证输出量在采样点上的稳定，而且要保证控制变量收 敛，方能使闭环系统在物理上真正稳定。
要使系统补偿成稳定的系统，就必须采取其他方法，即必须在确定闭环脉冲
传递函数
时增加附加条件。
第4章数字控制器的直接设计PPT课件
第4章 数字控制器的直接设计
第一节 最少拍无差系统的设计
最少拍无差系统是指在典型的控制输入信号作用下能在最少几个采样 周期内达到稳态无静差的系统，其闭环z传函具有如下形式：
Φ（z）=m1z-1+m2z-2+…+mnz-n n为可能情况下的最小正整数。闭环系统的脉冲响应在n个采样周期后 变为0。即系统在n拍后到达稳态。 对最少拍控制系统设计的要求： （1）准确性：对于典型输入，在到达稳态后，系统的采样点上的输出值 准确跟踪输入，无静差。 （2）快速性：系统准确跟踪输入信号所需的采样周期数应为最少。 （3）稳定性 ：D（z）必须在物理上可实现，且闭环系统必须是稳定的。
3．单位加速度输入 r(t)1t2, 2
1T2Z1(1Z1) R(Z)2 (1Z1)3
q 3 , e z ( 1 z 1 ) 3 , ( z ) 1 e ( z ) 3 z 1 3 z 2 z 3
E (z)R (z) e(z)T 2 2z 1T 2 2z2 E (z)0T 2z 1T 2z 2 0z 3 0z 4
综合考虑系统的准确性、快速性和稳定性要求，对 e (z)和 (z) 必须选择为：
u
( z ) z m • 1 b iz 1• 0 1 z 1 q v 1 z q v 1
z-m为广义对象中纯滞后因子，当对象中不含纯滞后因子时 m=1，否则m＞1。
u为广义对象单位圆上或圆外的零点数。 v为广义对象单位圆上或圆外的极点数。 G1（z）是广义对象传函中不含单位圆上或圆外的零极点， 和不包含纯滞后环节的部分。
第4章 数字控制器的直接设计
1．设定Φe（z），把G（z）中单位圆上或圆外的极点作为
自己的零点，即
e(z)1 (z) v 1aiz 1 F 1(z)
四 数字控制器直接设计方法
微型计算机控制技术
A( z ) X ( z) (1 z 1 ) m
典型输入的一般表 达式
(m 1, 2,3)
准确性要求：对于某种典型输入，在采样点上无稳态误差：
lim e(n) lim(1 z 1 ) E( z) lim(1 z 1 )[1 ( z] b1e[n ( N M 1)] bM e(n M )
• 数字控制器满足物理上可实现性的条件：
M N
微型计算机控制技术
二、稳定性要求 • 在进行离散系统稳定性分析时，曾得到如下 结论：离散系统的稳定性条件是系统脉冲传 递函数的特征根必须全部在单位圆内，即
1 z Y ( z ) ( z ) R( z ) (2 z 1 z 2 ) (1 z 1 )2
长除法
2 z 2 3z 3 4 z 4
nz n
微型计算机控制技术
第二拍时跟踪上了输入 的变化，稳态误差为零， 实现了完全跟踪。
微型计算机控制技术
采样周期为1s，输入为单位速度函数，试设计最少 拍有波纹系统的数字控制器D(z)。 解：
10 G( s) 1 G ( z ) (1 z ) Z (1 z ) Z 2 s ( s 1) s
1
1 Tz 1 1 1 10(1 z ) 1 2 1 T 1 (1 z ) 1 z 1 e z
• 输入为单位阶跃函数时
1 2 3 4 Y ( z ) (2 z z ) 2 z z z 1 1 z y (0) 0, y (1) 2, y (2) 1, y (3) y (4) 1
1 2
单位阶跃输入，两拍后，输 出完全跟踪输入，但N=1, 超调为100%。
计算机控制系统自学课件 最少拍控制器简介
典型输入的Z变换具有如下形式：
⑴单位阶跃输入 ⑵单位速度输入
R(t ) u (t ),
R (t ) t ,
1 R (t ) t 2 , 2
R( z )
上式中各项系数，即为y(t)在各个采样时刻的数值。
•
输出响应曲线如图所示,当系统为单位速度输入时，经过两拍 以后，输出量完全等于输入采样值，即y(kT) = r(kT)。
• 但在各采样点之间还存在着一定的误差，即存在着一定的纹 波。
单位速度输入
输入为单位阶跃函数时，系统输出序列的Z变换
1 Y ( z ) ( z ) R ( z ) (2 z z ) 1 z 1 2 z 1 z 2 z 3 z 4 输出序列为
1 1 z 1
Tz 1 R( z ) (1 z 1 ) 2
T 2 z 1 (1 z 1 ) R( z ) 输入
可得出调节器输入共同的z变换形式
A( z ) R( z ) (1 z 1 )m
其中A(z)是不含有(1-z-1)因子的z-1的多项式，根据终值定理，系统的稳态误差
• • • • 最少拍随动系统的设计方法简便，所得到的系统结构 也最简单，而且可以得到解析解。但它也存在如下问题： （1）所设计的系统适应性差； （2）对参数变化的敏感性大； （3）存在纹波 由于上述问题，最少拍设计在工程上的实际应用还有待于 进一步研究和完善。
• 例 已知条件如前例所示，试设计无纹波D(Z)并检查 U(Z).
1 1 1 2 1 1 2Tz 1 (1 z ) Z 2 (1 z ) 1 2 1 2T 1 (1 z ) (1 z ) (1 e z ) s s s 2
最少拍数字控制器的设计
课 程 设 计 用 纸
快为 0，应使表达式中拍数 N 最小。所以当 p=0，即 F(z)＝1 时，系统在采样 点的输出可在最少拍（Nmin=q 拍）内达到稳态，即为最少拍控制。 最少拍控制器设计时，闭环 Z 传递函数及误差传递函数为： Φ (z)= 1 (1 z 1 ) q φ e(z)= (1 z 1 ) q 最少派控制器： U ( z) 1 Φ ( z) 1 (1 z 1 ) q D(z)= = E ( z ) G ( z ) 1 φ ( z ) G( z )(1 z 1 ) q q＝1、2、3，取决于输入信号的类型 2、最少拍控制器的可实现问题。 前面根据最小拍定义确定的闭环误差脉冲传递函数 e ( z) (1 z 1 )q ( z) 1 (1 z 1 )q 只适用于对象不含有纯滞后环节的系统。实际中，很多对象都含有纯滞后，为 了使设计的控制器在物理上可实现，需对设计加以限制。使闭环脉冲传递函数的 1 q 零点包含纯滞后环节 Φ (z)=zd 1 (1 z )
四、最少拍数字控制器设计的总结 五、参考文献
--
-3-
课 程 设 计 用 纸
教师批阅
一、设计的目的及意义
通过对最少拍数字控制器的设计与仿真，让自己对最少拍数字控制器有更好 的理解与认识，透切理解最少拍、最少拍有纹波数字控制器、最少拍无纹波数字 控制器的概念，分清最少拍有纹波与无纹波控制系统的优缺点，熟练掌握最少拍 数字控制器的设计方法、步骤，并能灵巧地应用 MATLAB 平台对最少派控制器 进行系统仿真。通过设计，加深对计算机控制技术的认识，进一步巩固《计算机 控制技术》这一门课程的基础理论知识，提高对计算机控制系统设计的能力
--
-2-
课 程 设 计 用 纸
第四章 数字PID控制器设计
U ( s) 1 Td s G( s) K p 1 E ( s) Ti s 1 Td Kd s
手动/自动跟踪与无扰动切换
期，有效地避免了上述问题的产生，因而具有更好的控制
性能。
实际微分PID与理想微分PID对比
（2）由于微分对高频信号具有放大作用，采用理
想微分容易在系统中引入高频的干扰，引起执行
机构的频繁动作，降低机构的使用寿命。而实际
微分PID算法中包含有一阶惯性环节，具有低通滤
波的能力，抗干扰能力较强。
其它形式的实际微分PID
常用改进算法：
积分分离算法
抗积分饱和算法
微分项改进
带死区的算法
4.3.1 积分分离算法
现象：一般PID,当有较大的扰动或大幅度改变设定
值时，由于短时间内出现大的偏差，加上系统本身 具有的惯性和滞后，在积分的作用下，将引起系统 过量的超调和长时间的波动。
积分的主要作用：在控制的后期消除稳态偏差
1
理想PID的增量差分形式
u(k ) q0e(k ) q1e(k 1) q2e(k 2)
u(k ) u(k 1) u(k )
T Td q0 K p (1 ) Ti T 2Td ) 其中 q1 K p (1 T Td q2 K p T
4.1 数字控制器的连续化设计步骤
基本设计思想
设计假想连续控制器
离散化连续控制器
离散算法的计算机实现与校验
连续化设计的基本思想
最小拍控制详解
?
(
z)
、
可知，只要
?
( z)
N (z) ? e (z)
、? e (z) 中不包含
圆外零点和极点， D(z) 也不出现圆外极点。则闭
环稳定，D(z)也稳定。
2020/1/31
4
?
G(z) ?
N (z) N ?(z) ?
本身不稳定，由
D(z) ?
M(z) M?(z)
? (z)
M(z) M?(z)
N (z) N ?(z) ? e (z)
? ( z)
R(s) +
R(z)
T
e(s) E(z)
T _
D( z)
U (z)
T
G h0 (s)
G ( z) G0 (s)
G(s)
2020/1/31
图12 典型计算机控制系统结构框图
Y( z) T
Y(s)
2
其中：
广义对象脉冲传递函数 G(z)＝Z?Gho (s)G0 (s)?
系统的闭环脉冲传递函数 ? (z)＝ D(z)G(z)
1 ? D(z)G(z)
系统的误差脉冲传递函数
1 ? e ?Ts Gh0 ( s) ? s
?
e (z) ?
E(z) ?
R( z)
R(z) ? Y(z) ? 1 ? ? R( z)
(z) ?
1?
1 D ( z)G( z)
则：数字控制器的脉冲传递函数
? (z) 1
? (z)
D(z) ?
?
1 ? ? (z) G(z) G( z)? e (z)??bpz? p
?在单位阶跃作用下 E (z) ? 1 ? 1 ?z0 ? 0 ?z?1 ? 0 ?z? 2 ? ?
第四章+数字控制器的模拟化设计
第3章 数字控制器的模拟化设计技术
r(t)
＋
e(t) －
PID增量算法
u
步进电机
u
被控对象
y(t)
图6―4 数字PID增量式控制示意图
第3章 数字控制器的模拟化设计技术
在按式(6―14)编写增量式PID控制算法程序时，可
以根据预先确定的KP、KI、KD的值，计算出q0、q1、q2 的值,并将其存入内存中固定的存储单元，并且设置初
始值e(k)=e(k-1)=e(k-2)=0。增量式PID控制算法程序框
图如图6―5所示。 利用增量型PID控制算法,也可以得出位置型PID控 制算法，即 u(k)=u(k-1)+Δu(k)
第3章 数字控制器的模拟化设计技术
6.2.1 模拟PID控制器
所谓PID控制，就是比例(Proportional)、积分 (Integral)和微分(Differential)控制，它的结构简单，参 数易于调整，是控制系统中经常采用的控制算法。在 模拟控制系统中，PID控制算法的控制结构如图6―2所 示，其表达式为
1 u ( t ) K p [ e( t ) TI
l
0
de(t ) e(t )dt TD ] dt
(6―5)
第3章 数字控制器的模拟化设计技术
式中，u(t)为控制器输出的控制量；e(t)为偏差信 号，它等于给定量与输出量之差；KP为比例系数；TI 为积分时间常数；TD为微分时间常数。
U ( s) 解由 D( s) ,有 E ( s)
s(T1s 1)U ( s) KE ( s) T1s U ( s) sU ( s) KE ( s)
最小拍设计
在图示计算机控制系统中, 在图示计算机控制系统中, G(s)是被控对象的传递函数; 是被控对象的传递函数; 是被控对象的传递函数 H(s)是零阶保持器,将离散信号转换为连续信号; 是零阶保持器,将离散信号转换为连续信号; 是零阶保持器 D(z)是数字控制器. 是数字控制器. 是数字控制器
设计问题:根据已知的性能指标和G(s)来设计数字控制器 设计问题:根据已知的性能指标和 来设计数字控制器D(z). . 来设计数字控制器
前向差分变换法易使系统不稳定,不宜采用; 前向差分变换法易使系统不稳定,不宜采用; 后向差分变换法会使D(z)的频率特性发生畸变; 的频率特性发生畸变; 后向差分变换法会使 的频率特性发生畸变 双线性变换法最好; 双线性变换法最好; 所有离散化方法采样周期的选择必须满足 ω s ≥ 10ω c
2010/6/7 计算机控制技术
1 , s(s + 2)
设计 D(s)
ess = 0.1
6
解:
1 0.5 G0 (s) = = s(s + 2) s(0.5s +1)
分析原对象:该对象为典型的I型系统, 分析原对象:该对象为典型的I型系统,开环放大系数 0.5.该系统的稳态误差为: 为0.5.该系统的稳态误差为:
2010/6/7
计算机控制技术
4
第一步:设计期望的连续控制器D(s) 第一步:设计期望的连续控制器
r(t) + e(t) T e(k) D(z) u(k) T H(s) u(t) G(s) y(t)
r(t) + -
e(t)
D(s)
u(t)
G(s)
y(t)
根据用户对输出响应的性能指标要求,利用连 根据用户对输出响应的性能指标要求, 续系统的频率特性法, 续系统的频率特性法,根轨迹等方法设计上图 中期望的连续控制器 连续控制器D(s). 中期望的连续控制器 .
最少拍数字控制器的设计
最少拍数字控制器的设计第一篇：最少拍数字控制器的设计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................................................7 3.1 输入单位阶跃信号..................................................................7 3.2 输入单位速度信号..................................................................8 3.3 输入单位加速度信号............................................................9 参考文献..........................................................................................10 致谢 (11)离散控制系统最少拍控制离散控制系统最少拍控制最少拍系统控制设计是指系统在典型输入信号（如单位阶跃输入信号、单位速度输入信号、单位加速度输入信号等）作用下，经过最少拍（有限拍），使系统输出的稳态误差为零。
4.1 数字控制器的设计方法
• 4.1 数字控制器的设计方法 • 4.2 常用的计算机控制算法
4.1 数字控制器设计方法
数字控制器的两种设计方法：
• 数字控制器的模拟化设计方法 • 数字控制器的直接设计法
一、 模拟化设计方法
• 1．数字控制器的连续化设计步骤 （1）求出模拟调节器的传递函数 D(s)。
z
D z 则数字控制器的脉冲传递函数为：
G z 1 z
数字控制器的直接设计步骤如下：
（1）求出广义对象的脉冲传递函数G(z)； （2）根据控制系统的性能要求和其他约束条件，确定闭环系统的脉冲传递 函数Φ(z)； （3）求数字控制器的脉冲传递函数D(z); （4）根据D(z)求数字控制器的输出u(k)的递推计算公式，并编写控制算法 程序; 设数字控制器D(z)的一般形式为： m
（2）选择合适的采样周期 T。
（3）把D(s)离散化，求出数字控制器的脉冲传递函数 D(z) 。 （4）检验系统的闭环特性是否满足设计要求。 （5）把D(z)变换成差分方程的形式，并编程实现 。 （6）现场调试
二、数字控制器的直接设计方法
1、什么是数字控制器的直接设计方法？
从被控对象的特性出发，在离散z域里根据离散控制理
D( z ) U ( z ) b0 +b1 z + E ( z ) 1 a1 z 1 +
1
+bm z +an z 1
i
1 ai z i
m i i 0
,
(n m )
n
U ( z ) bi z 则数字控制器D(z)的输出U(z)为：
论来对离散系统进行分析和综合，直接设计出数字控制器。 这种设计方法称为数字控制器的直接设计方法（也称为离 散化设计方法） 2、设计思想
微型计算机控制专业技术课程答案
微型计算机控制专业技术课程答案《微型计算机控制技术》复习题纲1.1 计算机控制系统的结构。
1.2 计算机控制系统的典型形式有哪些? 各有什么优缺点? （P5）1.3 实时、在线⽅式和离线⽅式的含义是什么?2.1 采⽤74LS244和74LS273，设计与PC总线等⼯业控制机的数字量(开关量) 输⼊输出接⼝，要求:画出接⼝电路原理图，并采⽤8086汇编语⾔编写数字量输⼊输出程序。
2.2 ⽤8位A／D转换器ADC0809与PC总线等⼯业控制机接⼝，设计模拟输⼊通道以及数据采集程序流程图。
2.3 采样信号有何特点? 采样保持器的作⽤是什么?是否所有的模拟量输⼊通道中都需采样保持器? 为什么?2.4 什么是串模⼲扰和共模⼲扰? 如何抑制?2.5 计算机控制系统中地线有哪⼏种?2.6 什么是波反射? 如何消除波反射?3.1 插补计算程序流程：(1) 直线插补程序；(2) 圆弧插补程序。
3.2 给出⼀段直线或圆弧。
要求：(1) 按逐点⽐较法插补进⾏列表计算；(2) 作出⾛步轨迹图，并标明进给⽅向和步数。
3.3 三相步进电机的⼯作⽅式。
3.4 利⽤8255A设计x轴步进电机和y轴步进电机的控制电路，要求：(1) 画出接⼝电路原理图；(2) 分别列出x轴和y轴步进电机在三相单三拍、三相双三拍或三相六拍⼯作⽅式下的输出字表。
4.1 数字控制器的连续化设计步骤。
（P103）4.2 PID控制器的三个参数对系统性能的影响。
4.3 数字控制器的离散化设计步骤是什么?4.4 最少拍⽆纹波控制器的设计。
4.5 模糊推理的计算。
6.1 测量数据预处理技术包括哪些？(185~190)7.1 什么是现场总线?有哪⼏种典型的现场总线?7.2 分布式控制系统的设计原则是什么？DCS系统分为哪⼏层？各层实现哪些功能？⽅程段11 部分1第⼀章（绪论）作业1.1 什么是计算机控制系统？它由哪⼏部分组成？答：计算机控制系统就是利⽤计算机来实现⽣产过程控制的系统。
数字控制器的设计方法
THANKS
数字控制器的实时性与精度问题
要点一
实时性
要点二
精度问题
数字控制器需要快速地处理输入信号并输出控制指令，以 满足系统的实时性要求。
数字控制器的精度取决于其位数和量化误差，位数越高， 精度越高。
数字控制器的可靠性与稳定性问题
可靠性
数字控制器的可靠性取决于其硬件和软件的可靠性设计 。
稳定性问题
数字控制器的稳定性与系统的动态特性和控制参数有关 。
参数优化
根据仿真结果，对控制器的参数进行 优化，提高系统的性能。
仿真与优化
数字仿真
利用数字计算机对控制系统进行仿真，评估控制效果。
优化调整
根据仿真结果，对控制器参数进行优化调整，提高系统的性能指标。
03
常见控制算法
PID控制器
比例环节
根据误差信号的大小调整输出，以快速减小误 差。
积分环节
对误差进行积分，以消除长期误差。
VS
状态空间模型
如果需要，可以建立系统的状态空间模型 ，以更全面地描述系统的动态特性。
选择合适的控制算法
PID控制算法
常用的控制算法，通过比例、积分和微分环节来调整系统输 出。
模糊控制算法
适用于非线性、时变系统，通过模糊逻辑和规则进行控制决 策。
设计数字控制器
离散化控制器
将连续的模拟控制器离散化为数字控 制器，号。
求解方法
03
使用数学优化方法或启发式算法来求解最优解。
04
设计实例与案例分析
实例一：温度控制系统设计
总结词
通过PID算法实现温度的精确控制。
详细描述
在温度控制系统中，数字控制器通过接收温度传感器采集的温度数据，根据设定的温度目标，利用 PID算法计算出控制信号，以调节加热元件的功率，实现对温度的精确控制。
最少拍数字控制器设计
本科毕业设计(论文) 题目：最少拍数字控制器设计学院：……….学院专业：自动化学号：2010学生姓名：li指导教师：辉二○一四年五月二十日2014届毕业设计(论文)最少拍数字控制器设计摘要随着工业控制和科学技术发展的进步，传统的控制方法已经不适用于当前的控制要求。
数字控制器以其高效的性能满足了人们的要求。
其中最少拍数字控制器已成为各个控制领域必不可少的控制器。
它的主要性能指标是快速性，要求系统的输出值尽快地跟踪给定值地变化。
本文运用自动控制、计算机控制、MATLAB 仿真技术，实现最少拍数字控制器的设计与分析。
并且，本文探讨了改进最少拍数字控制器与扰动系统最少拍数字控制器的设计方法，从而使系统能实现对要求的典型的输入下，运用控制器使闭环系统响应在最少的采样周期内（最少拍）达到采样点上无静差的稳态。
关键词：数字控制器；最少拍数字控制器；无静差最小拍数字控制器设计Least-beat Digital Controller DesignAbstractWith the industrial control and the progress of science and technology development, the traditional control method has not meeting the requirements of the current control.Digital controller with its efficient performance meet the requirements of the people.With minimum shoot digital controller has become the indispensable controller control field.Its main performance index is rapidity, output value of the required system as soon as possible to track the given value.In this paper, with automatic control, computer control, the MATLAB simulation technology, achieve a minimum digital controller design and analysis.And, this paper discusses the improved minimum taps digital controller with the least disturbance system design method of digital controller, so that the system can realize the requirement of the typical input, using the controller make the closed-loop system response (at least) in the least amount of sampling cycle sampling point astatic steady state.Key Words：Digital control; Least-beat Digital Controller; Floating2014届毕业设计(论文)目录第1章绪论 (1)§1.1 引言 (1)§1.2内容安排 (1)第2章离散控制基础 (3)§2.1离散控制系统的类型 (3)§2.2 信号的采样与复现 (4)§2.1.2 信号的采样与复现 (4)第3章常规最少拍控制器设计 (8)§3.1最小拍有纹波数字控制器的设计 (8)§3.2 最少拍无纹波数字控制器的设计 (11)§3.2.1 最少拍无纹波控制器的设计条件 (11)§3.2.2 最少拍无纹波控制器确定Ф(z)的步骤 (12)§3.2.3 无纹波数字控制器的设计 (13)第4章改进的最少拍数字控制器的设计 (16)§4.1换接程序法 (16)§4.2 阻尼因子法 (16)§4.3 非最少的有限拍控制 (18)第5章最少拍数字控制系统的MATLAB仿真 (20)§5.1 最少拍有纹波系统的MATLAB仿真 (20)§5.1.1 系统的SIMULINK实现 (20)§5.1.2 仿真结果 (21)§5.2 最少拍无纹波系统的MATLAB仿真 (21)§5.2.1 系统的SIMULINK实现 (21)§5.2.2 仿真结果 (22)第6章总结 (23)§6.1 课题工作总结 (23)§6.1 课题未来发展 (23)最小拍数字控制器设计致谢 (24)参考文献 (26)2014届毕业设计(论文)第1章绪论§1.1 引言近年来，随着工业控制技术和航空航天技术的高速发展，人们对控制器的要求也越来越高。
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最少拍数字控制器设计--闭环脉冲传递函数的确定
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最少拍数字控制器设计--闭环脉冲传递函数的确定
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最少拍数字控制器设计--闭环脉冲传递函数的确定
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最少拍数字控制器设计--典型输入下最少拍数字控制系统分析
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数字控制器的离散化设计步骤
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数字控制器的离散化设计步骤
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最少拍数字控制器设计--设计最少拍控制系统时要考虑的问题 最少拍控制系统是在最少的几个采样周期内达到在采样
时刻输入输出无误差的系统。显然这种系统对闭环脉冲传递 函数(z)的性能要求是快速性和准确性。
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最少拍数字控制器设计--典型输入下最少拍数字控制系统分析
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最少拍数字控制器设计--典型输入下最少拍数字控制系统分析
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最少拍数字控制器设计--典型输入下最少拍数字控制系统分析
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最少拍数字控制器设计--典型输入下最少拍数字控制系统分析
因此利用直接数字设计法设计最少拍控制系统时，要考虑 以下几点： 系统以最快的速度达到稳态。
对于特定的参考输入信号，到达稳态后，系统在采样时刻 精确实现对输入的跟踪。 D(z)应该是物理可实现的。 闭环控制系统应是稳定的。
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最少拍数字控制器设计--闭环脉冲传递函数的确定
下面依次根据以上要求得出最少拍控制系统闭环传递函 数(z)应具有的形式，进而设计出控制器D(z)。
第四章(二) 典型数字控制器设计 --最少拍数字控制器(1)
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主要内容：
数字控制器的离散化设计步骤
最少拍数字控制器的设计
最少拍有纹波控制器的设计（前文总结） 最少拍无纹波控制器的设计
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前言 数字控制器的直接数字设计方法，就是根据对系统控制
性能的要求，应用离散控制理论，直接设计数字控制器。离 散化设计技术比连续化设计技术更具有一般意义，它完全是 根据采样控制系统的特点进行分析和综合，并导出相应的控 制规律和算法。
(z ) R * (s) R (z ) E (sE * ( s ) ) R (s ) E (z ) B (s )
-
G (z )
D (z ) U * ( s ) 1 e Ts U (z ) s G p (s )
Y * (s)
Y (z )
Y (s )
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前言
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入函数时，系统将出现较大的超调，响应时间增加，但在 采样时刻无误差。用于较高阶次的输入函数时，系统将不 能准确跟踪输入，产生稳态误差。
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最少拍数字控制器设计--最少拍数字控制器的局限性(end)
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Байду номын сангаас
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最少拍数字控制器设计--最少拍数字控制器的局限性
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最少拍数字控制器设计--最少拍数字控制器的局限性
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最少拍数字控制器设计--最少拍数字控制器的局限性
[结论]针对一种典型输入设计的(z)，用于较低阶次的输