计算机控制系统：数字控制器设计与PID算法

"本章主要介绍了计算机控制技术中的关键概念，包括数字控制器的连续化设计、模拟调节器的离散化方法、PID控制算法的数字实现、改进的PID算法、PID控制器的参数整定以及史密斯预估器。重点讨论了最少拍控制算法和数字控制器的设计流程。" 在计算机控制技术中，第四章主要探讨了数字控制器的设计方法。首先，引言部分强调了控制器在自动化控制系统中的核心地位，指出在计算机控制系统中，控制器的功能更多地由软件算法实现，即数字控制器。 接着，介绍了数字控制器的连续化设计步骤。这一过程基于连续化设计思想，即先设计一个假想的连续控制器，通常采用PID控制算法。设计时，若采样周期足够小，可以忽略零阶保持器的影响。离散化连续控制器时，常用的方法有双线性变换法和向后差分法。双线性变换法能保持系统传递函数的零点不变，而向后差分法则能保持极点位置不变。这两种方法都是为了将连续控制器转化为适合计算机实现的离散形式。 然后，详细讨论了PID算法的数字实现，这是工业中最常用的控制算法。PID控制器包括比例(P)、积分(I)和微分(D)三个部分，通过调整这三部分的参数，可以实现对系统的精确控制。此外，还提到了改进的PID算法，这些改进通常是针对特定应用需求或为了克服标准PID的局限性。 在参数整定部分，阐述了如何调整PID控制器的Kp（比例系数）、Ki（积分系数）和Kd（微分系数），以优化控制性能，包括稳定性、响应速度和抑制振荡等。 最后，提到了史密斯预估器，它是一种预测控制策略，能提前考虑到系统延迟对控制效果的影响，从而改善系统的动态性能。史密斯预估器通过预测控制器的输出，能够在实际反馈信号到达之前做出控制决策。 这一章涵盖了从理论到实践的关键控制技术，对于理解和实现计算机控制系统具有重要的指导意义。学习者需要掌握这些知识，以便在实际工程中设计和优化控制器，提升系统的控制精度和稳定性。