第五章(一) 纯滞后控制技术--达林(DAHLIN)算法(全)
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第五章(一) 纯滞后控制技术 --达林(DAHLIN)算法
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主要内容： 过程纯延迟对控制质量的影响 达林算法 振铃（Ringing）现象及其消除
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前言 在控制系统应用中，纯滞后环节往往是影响系统动态 特性的不利因素。工业过程中如钢铁，热工和化工过程中 往往会有纯滞后环节。对这类系统，控制器如果设计不当， 常常会引起系统的超调和持续振荡。 由于纯延迟的存在，使被控量对干扰、控制信号不能 即时的反映。即使调节机构接受控制信号后立即动作，也 要经过纯延时间τ后才到达被控量，使得系统产生较大的 超调量和较长的调节时间。当τ>=0.5T（T为对象的时间常 数）时，实践证明用PID控制很难获得良好的控制品质。
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振铃（Ringing）现象及其抑制
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振铃（Ringing）现象及其抑制
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振铃（Riபைடு நூலகம்ging）现象及其抑制
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振铃（Ringing）现象及其抑制
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振铃（Ringing）现象及其抑制
[结论]在带纯滞后的二阶惯性环节组成的系统中， 数字控制器输出U(k) 对输入的脉冲传递函数可能 存在负实轴上的极点，这种系统存在振铃现象。
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振铃（Ringing）现象及其抑制
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振铃（Ringing）现象及其抑制
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振铃（Ringing）现象及其抑制
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振铃（Ringing）现象及其抑制
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振铃（Ringing）现象及其抑制
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振铃（Ringing）现象及其抑制 振铃现象的抑制： 说就是广义对象Gp(z)有接近-1的零点，该零点在控制器D(z) 表现为极点。为了抑制振铃现象，可采用以下两种方法： 【方法一】找出数字控制器D(z)中引起振铃现象的因子(即 z=-1附近的极点)，然后人为地令该因子中的z=1，就可以有 效地抑制振铃幅度。 振铃现象产生的原因是Φu(z) 中具有接近-1的极点。换句话
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过程纯延迟对控制质量的影响 纯延迟是某些物理系统常有的一种性质。由于它的存 在，系统对输入信号的响应被推迟了。所谓纯延迟，是指 在输入信号作用后，看不到系统对输入信号响应的这段时 间。它与输入信号无关，量纲为时间。 当物质和能量沿着特定的路径传输时，就会出现纯延 迟。路径的长度和运动速度是构成纯延迟的因素。 纯延迟都是由于传输才引起的，故称为传输滞后。
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过程纯延迟对控制质量的影响
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达林算法
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达林算法 达林算法的设计思想：设计一个合适的数字控制器，使整个 闭环系统相当于一个延迟环节和一个一阶惯性环节相串联。 并期望整个闭环系统的纯滞后时间与被控对象的纯滞后时间 相同。即系统的闭环传递函数可预期为：
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达林算法
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达林算法
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达林算法
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振铃（Ringing）现象及其抑制 采用达林算法设计具有纯延迟过程的计算机控制系统时，会 出现所谓的振铃现象：闭环系统的输出以指数形式较快地趋 向于稳态值，而数字控制器的输出U(k)以二分之一的采样频 率大幅度的衰减振荡。 由于系统的低通特性，振铃现象对输出几乎没有影响。 但会增加执行机构大幅度的摆动，加剧了磨损。振铃现象还 有可能影响到系统的稳定性。 振铃现象与被控对象的特性、闭环时间常数、采样周期、 纯滞后时间等因素有关。下面分析。
式中: Tτ为闭环系统的时间常数，实际使用时需要整定；τ为 纯滞后时间，与被控对象的相同，并且与采样周期T有整数 倍的关系τ=NT(N=1,2,…)。
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达林算法
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达林算法
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达林算法
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达林算法
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大林算法的设计步骤 根据系统性能要求，确定期望闭环系统的参数Tτ，给出 振铃幅度RA的指标； 根据振铃幅度RA的要求，确定采样周期T。如果T有多 解，则选择较大的T； 确定整数N=τ/T； 求广义对象的脉冲传递函数及期望闭环系统的脉冲传递 函数； 求数字控制器的脉冲传递函数D(z)； 将D(z)转变为差分方程，以便于编制相应算法程序。
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前言 对这类具有纯滞后环节系统的控制要求，快速性往往 是第二位的，通常要求系统稳定，要求系统的超调量要小， 而调整时间允许在较多的采样周期内结束。 这样的一种大时间滞后系统采用PID控制或采用最少拍 控制，控制效果往往不好。本节介绍能满足上述要求的一种 直接数字控制器设计方法 ——达林(Dahlin)算法 1968年，美国IBM公司DAHLIN提出。
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大林算法小结 过程纯延迟对控制质量的影响 达林算法 设计思想 一阶被控对象的达林算法 二阶被控对象的达林算法 达林算法的递推表达式 达林算法的参数整定 振铃（Ringing）现象 产生原因；振铃幅度RA；振铃现象的抑制
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主要内容： 过程纯延迟对控制质量的影响 达林算法 振铃（Ringing）现象及其消除
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前言 在控制系统应用中，纯滞后环节往往是影响系统动态 特性的不利因素。工业过程中如钢铁，热工和化工过程中 往往会有纯滞后环节。对这类系统，控制器如果设计不当， 常常会引起系统的超调和持续振荡。 由于纯延迟的存在，使被控量对干扰、控制信号不能 即时的反映。即使调节机构接受控制信号后立即动作，也 要经过纯延时间τ后才到达被控量，使得系统产生较大的 超调量和较长的调节时间。当τ>=0.5T（T为对象的时间常 数）时，实践证明用PID控制很难获得良好的控制品质。
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振铃（Ringing）现象及其抑制
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振铃（Ringing）现象及其抑制
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振铃（Riபைடு நூலகம்ging）现象及其抑制
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振铃（Ringing）现象及其抑制
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振铃（Ringing）现象及其抑制
[结论]在带纯滞后的二阶惯性环节组成的系统中， 数字控制器输出U(k) 对输入的脉冲传递函数可能 存在负实轴上的极点，这种系统存在振铃现象。
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振铃（Ringing）现象及其抑制
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振铃（Ringing）现象及其抑制
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振铃（Ringing）现象及其抑制
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振铃（Ringing）现象及其抑制
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振铃（Ringing）现象及其抑制
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振铃（Ringing）现象及其抑制 振铃现象的抑制： 说就是广义对象Gp(z)有接近-1的零点，该零点在控制器D(z) 表现为极点。为了抑制振铃现象，可采用以下两种方法： 【方法一】找出数字控制器D(z)中引起振铃现象的因子(即 z=-1附近的极点)，然后人为地令该因子中的z=1，就可以有 效地抑制振铃幅度。 振铃现象产生的原因是Φu(z) 中具有接近-1的极点。换句话
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过程纯延迟对控制质量的影响 纯延迟是某些物理系统常有的一种性质。由于它的存 在，系统对输入信号的响应被推迟了。所谓纯延迟，是指 在输入信号作用后，看不到系统对输入信号响应的这段时 间。它与输入信号无关，量纲为时间。 当物质和能量沿着特定的路径传输时，就会出现纯延 迟。路径的长度和运动速度是构成纯延迟的因素。 纯延迟都是由于传输才引起的，故称为传输滞后。
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达林算法 达林算法的设计思想：设计一个合适的数字控制器，使整个 闭环系统相当于一个延迟环节和一个一阶惯性环节相串联。 并期望整个闭环系统的纯滞后时间与被控对象的纯滞后时间 相同。即系统的闭环传递函数可预期为：
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振铃（Ringing）现象及其抑制 采用达林算法设计具有纯延迟过程的计算机控制系统时，会 出现所谓的振铃现象：闭环系统的输出以指数形式较快地趋 向于稳态值，而数字控制器的输出U(k)以二分之一的采样频 率大幅度的衰减振荡。 由于系统的低通特性，振铃现象对输出几乎没有影响。 但会增加执行机构大幅度的摆动，加剧了磨损。振铃现象还 有可能影响到系统的稳定性。 振铃现象与被控对象的特性、闭环时间常数、采样周期、 纯滞后时间等因素有关。下面分析。
式中: Tτ为闭环系统的时间常数，实际使用时需要整定；τ为 纯滞后时间，与被控对象的相同，并且与采样周期T有整数 倍的关系τ=NT(N=1,2,…)。
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达林算法
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大林算法的设计步骤 根据系统性能要求，确定期望闭环系统的参数Tτ，给出 振铃幅度RA的指标； 根据振铃幅度RA的要求，确定采样周期T。如果T有多 解，则选择较大的T； 确定整数N=τ/T； 求广义对象的脉冲传递函数及期望闭环系统的脉冲传递 函数； 求数字控制器的脉冲传递函数D(z)； 将D(z)转变为差分方程，以便于编制相应算法程序。
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前言 对这类具有纯滞后环节系统的控制要求，快速性往往 是第二位的，通常要求系统稳定，要求系统的超调量要小， 而调整时间允许在较多的采样周期内结束。 这样的一种大时间滞后系统采用PID控制或采用最少拍 控制，控制效果往往不好。本节介绍能满足上述要求的一种 直接数字控制器设计方法 ——达林(Dahlin)算法 1968年，美国IBM公司DAHLIN提出。
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大林算法小结 过程纯延迟对控制质量的影响 达林算法 设计思想 一阶被控对象的达林算法 二阶被控对象的达林算法 达林算法的递推表达式 达林算法的参数整定 振铃（Ringing）现象 产生原因；振铃幅度RA；振铃现象的抑制
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