计算机控制系统：第六章 数字控制器直接设计法详解

"计算机控制系统，第六章，数字控制器的直接设计法，包括基本原理，特殊类型系统，一般系统，最小拍无差设计，工程化改进，Dahlin算法" 计算机控制系统是现代工业生产与自动化领域的重要组成部分，它通过计算机对机械设备或生产过程进行实时监控和控制，以提高效率和质量。在这一控制系统中，数字控制器的设计是核心环节，它决定了系统的性能和稳定性。 本讲主要聚焦于数字控制器的直接设计法，这是一种设计控制器的方法，它不依赖于模拟控制器的先验知识，而是直接针对数字控制器进行设计。在第六章中，主要涵盖了以下几个关键知识点： 1. **直接设计方法的基本原理**：这种方法直接在Z域内进行控制器设计，考虑了系统的数字特性，如采样周期、量化误差等，以确保控制器的物理可实现性和稳定性。 2. **特殊类型系统的最小拍无差设计**：针对某些特定类型的系统，例如有界输入有界输出（BIBO）稳定系统，可以设计出能在最短时间（即最小拍）内使系统误差归零的控制器。 3. **一般系统的最小拍无差设计**：对于更复杂的系统，设计最小拍无差控制器需要满足多个条件。首先，控制器D(z)的分母必须至少比被控对象G(z)的分母高d阶，以确保消除超调。其次，控制器必须保证系统的稳定性，避免因被控对象的非单位圆内零点导致的控制序列发散。最后，D(z)需要能够抵消掉G(z)中位于单位圆外的零点，以确保系统的稳定性。 4. **最小拍控制器的工程化改进**：在实际应用中，为了改善控制性能，可能需要对最小拍控制器进行一些工程上的调整，如增加阻尼以减少振荡，或者调整控制器结构以适应硬件限制。 5. **Dahlin算法**：这是一类用于设计数字控制器的具体算法，旨在优化控制器的性能，简化设计过程，并解决实际工程问题。 在设计过程中，除了上述原则外，还需要考虑其他因素，如控制器的实时计算能力、系统的动态响应要求以及抗干扰能力等。通过对这些理论的深入理解和应用，工程师可以设计出满足特定需求的高性能数字控制器，从而提升整个计算机控制系统的性能。