计算机控制系统：间接设计法与离散化策略详解

计算机控制系统的设计主要分为两种方法：间接设计法和直接设计法。 1. 间接设计法 (模拟化设计方法): - 第二页提到，这种方法基于S平面与Z平面的关系，S平面左平面以1/T为半径的圆映射到Z平面的单位圆时，虽然稳定性可能受到影响，但稳态增益保持不变，且能较好保留频率特性。然而，可能会出现严重的频率混叠和非线性畸变问题。 - 模拟化设计通过将计算机控制系统视为连续模拟系统，运用模拟控制理论进行分析和设计，如PID算法。这种方法首先设计出模拟控制器，再将其离散化为数字控制器。 2. 直接设计法 (数字化设计方法): - 直接设计法更侧重于将连续的被控对象通过Z变换离散化，形成纯离散系统。这种方法通常用于最小拍设计，其特点是能够确保系统稳定性不受影响，且稳态增益保持一致，但可能存在频率混叠的问题。 - 这种方法适用于那些可以方便地通过数字处理来实现的系统，因为它利用计算机执行算法，能够快速做出反应并优化动态性能。 3. 常用离散化方法: - 例如，后向差分法可以用于控制系统设计，通过改变给定值来测试系统的响应，如微分控制可以减少超调，改善系统的动态性能，通过计算临界振荡周期(TK)来调整控制器参数。 4. PID控制: - PID控制是模拟化设计的一种经典方法，参数自寻优PID控制可以在S平面左平面上保持稳定性，稳态增益不变，但可能会遇到频率混叠问题。凑试法则是通过调整PID参数来达到最优控制效果。 计算机控制系统的设计是将连续系统转化为数字系统的过程，需要考虑稳定性、增益控制和频域特性等因素。间接设计法和直接设计法各有优势和局限，工程师需要根据具体系统的特点和应用需求来选择合适的方法。