基于MATLAB的电炉温度控制算法比较及仿真研究 2(12)

2021-02-21 11:51

3.5振铃现象

直接用上述控制算法构成闭环控制系统时,人们发现数字控制器输出U(z)会以1/2采样频率大幅度上下摆动。这种现象称为振铃现象。

振铃现象与被控对象的特性、闭环时间常数、采样周期、纯滞后时间的大小等都有关系。振铃现象中的振荡是衰减的,并且于由被控对象中惯性环节的低通特性,使得这种振荡对系统的输出几乎无任何影响,但是振铃现象却会增加执行机构的磨损。在交互作用的多参数控制系统中,振铃现象还有可能影响到系统的稳定性,所以,在系统设计中,应设法消除振铃现象。

可引入振铃幅度RA来衡量振荡的强烈程度。振铃幅度RA的定义为:在单位阶跃信号的作用下,数字控制器D(z)的第0次输出与第1次输出之差值。

设数字控制器D(z)可以表示为:

D(z) kz

N

1 b1z 1 b2z 2 1 a1z 1 a2z 2

kz NQ(z) (3-9)

其中

Q(z)

1 b1z 1 b2z 2 1 a1z

1

a2z

2

(3-10)

那么,数字控制器D(z)输出幅度的变化完全取决于Q(z),则在单位阶跃信号的作用下的输出为:

Q(z)1 z

1

1 b1z 1 b2z 2 1 (a1 1)z

1

(a2 a1)z

2

(3-11)

1 (b1 a1 1)z 1 (b2 a2 a1)z 2

根据振铃的定义,可得:

RA 1 (b1 a1 1) a1 b1 (3-12) 上述表明,产生振铃现象的原因是数字控制器D(z)在z平面上位于z=-1附近有极点。当z=-1时,振铃现象最严重。在单位圆内离z=-1越远,振铃现象越弱。在单位圆内右半平面的极点会减弱振铃现象,而在单位圆内右半平面的零点会加剧振铃现象。由于振铃现象容易损坏系统的执行机构,因此,应设法消除振铃现象。

大林提出了一个消除振铃的简单可行的方法,就是先找造成振铃现象的因子,然后令该因子中的z=1.这样就相当于取消了该因子产生振铃的可能性。根据终值定理,这样处理后,不会影响输出的稳态值。

本设计的被控对象是含有纯滞后的一阶惯性环节,大林算法求得的数字控制器为式3-13所示: D(z)

(1 e T/ )(1 e T/ 1z 1)

k(1 e T/ 1)[1 e T/ z 1 (1 e T/ )z (N 1)]

(3-13)


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