第二章(四) 计算机控制系统的离散化设计方法(全)

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第二章(四) 采样控制系统的离散化设计
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采样控制系统的离散化设计—前言 采样控制系统设计 在给定系统性能参数的条件下，设计出数字控制器，使 系统达到所要求的性能指标。 采样控制系统设计方法有多种，包括模拟化设计；离散 化设计；状态空间设计等。 离散化设计 是一种在Z平面上设计的方法，被控对象可以用离散模型 表示，连续部分用离散化模型表示。
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确定系统的闭环脉冲传递函数Φ(z)一般应考虑以下几方面的问题（称为 约束条件）： 闭环系统应该是稳定的。不稳定的系统是无法工作的。 保证系统的物理可实现性。要求Φ(z)的分母与分子阶数之差大于或等 于HG(z)的分母与分子阶数之差。若被控对象具有纯滞后，则闭环系统 也至少具有同样的滞后。 Φ(z)应满足系统动态和稳态性能指标要求。 设计出的数字控制器的输出在工作时不应有较大的振荡。
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采样控制系统的离散化设计—前言 离散化设计法：首先将连续的被控对象和零阶保持器看成为 广义被控对象一起进行离散化，得到全离散化控制系统模型； 然后再利用离散控制系统理论直接设计数字控制器。 离散化设计法的优点：直接在离散域内完成设计，无需模拟 控制器向数字控制器的转化，避免了采样周期对系统动态性 能产生的严重影响。离散化设计法是在采样控制系统设计和 分析中应用较为广泛的方法之一。
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采样控制系统的离散化设计—前言
在连续控制系统中，进行模拟控制器设计时是采用S平面的频 域设计法，这种设计法是一种行之有效的方法。 采样控制系统Φ(z)在s域的频率特性表示为Φ(ejωT0)。可知： Φ(ejωT0)不是ω的有理函数，无法利用典型环节作Bode图，不便于 采样控制系统的分析与设计。 采样控制系统Φ(z)在Z域（z=σ+jω）的频率特性Φ(jω)是ω的 有理分式函数，这样可以较为容易地作Bode图。 数字控制器离散化设计的方法大致有如下几种： W变换设计法(频率设计法) 直接数字设计法(零、极点对消法) 根轨迹设计法