最新计算机控制技术第三章-数字控制器的模拟化设计课件PPT.ppt 45页

'计算机控制技术第三章-数字控制器的模拟化设计 离散化方法：Ts——采样周期●位置型PID控制算式Pn——第n次采样时计算机输出值en——第n次采样时的偏差值 ●增量型PID控制算式第(n-1)次采样有：两次采样计算机输出的增量为：KI——积分系数KD——微分系数 将微分部分化成微分方程：将微分项化成差分项：令： 不完全微分的PID位置算式为：不完全微分的PID增量算式为： ►消除随机干扰的措施对于不同的随机干扰，可采取如下措施：►平均值法在nT时刻附近连续采样8次，计算机求取平均值为：►几个采样时刻的采样值求平均代替当次的采样值 ►四点中心差分法微分项：1.5T0.5Tee(n-3)ee(n-1)e(n-2)e(n)t(nT)►将矩形积分改为梯形积分 §4-2DDC系统PID控制参数的选择及整定●采样周期的选择►对于响应快、波动大、容易受干扰影响的过程，应该选取较短的采样周期；反之，则长一些。►过程纯滞后较明显，采样周期可与纯滞后时间大致相等。 选取采样周期时应考虑的几个因素：►采样周期应远小于对象的扰动信号周期►采样周期应远远小于对象时间常数►考虑执行器的响应速度►考虑对象所要求的调节品质►考虑控制系统的性能价格比►考虑计算机所承担的工作量 ●量化问题如果要求分辨率为D0，则字长为：例：某温度控制系统的温度范围为0～200℃，要求分辨率为0.005，求A/D转换器的字长。解：取C为8位。一般D/A的字长可选小于或等于A/D字长。数字量的精度与字长有关。字长又和转换器的分辨率有关。 ●数字滤波常用的几种方法：►算术平均值法►中位值法在三个采样周期内，对被测参数连续采样读入三个检测信号，舍去最大和最小的信号，从中选择居中的那个数据作为有效检测信号。 ►惯性滤波法滤波器传递函数为一阶惯性环节传递函数改写为微分方程：差分化：整理得：Tf——滤波器时间常数。——滤波平滑系数 4．PID程序的实现在编程的过程中，必须考虑的问题：●操作特征的设置►每个回路手动/自动特征位►每个执行机构设置正向/反向特征位●执行机构极限保护目的：防止执行机构过开或过关。方法：计算ΔPn(n)-ΔU(n)，检查输出余量。●防止极限环解决方法：对计算机输出规定一个不灵敏区ε，如果|ΔPn(n)|<ε则计算机不输出。 入口回路处于自动?NY调内存Kp.KI.Kd.X.e(k-1).△e(k-1)形成采样指令,并采样e(k)计算增量输出△Pne(k)→e(k-1),△e(k)→△e(k-1)形成输出采样指令,并采样阀位u△u≥0?计算阀位正向余量△u计算阀位反向余量△u△Pn≥|△u|?|△u|≥△Pn?△u→(△u)△Pn→(△u)△u→(△u)(△u)|<ε?形成输出指令,并输出e(k-1),△e(k-1)记入内存YYYYNNNN出口系统鉴别带有系统输出鉴别子程序的增量型PID控制算式的程序框图 5．PID参数整定数字PID控制算法的参数选择一般根据►被控过程的特性►采样周期的大小►工程上其它具体要求►选取一个很小的采样周期►使计算机过程控制系统为纯比例控制，改变比例系数，使其出现等幅振荡，得到临界比例系数和临界周期。►计算控制度 控制度控制算法1．05PIPID0．030．0140．550．630．880．49—0．141．2PIPID0．050．0430．490．470．910．47—0．161．5PIPID0．140．090．420．340．990．43—0．22．0PIPID0．220．160．360．271．050．40—0．22常规控制器PIPID——0．570．70．830．5—0．13扩充临界比例度的计算表 §3-3复杂控制系统设计§3-3-1串级控制系统的设计例：煤气加热炉串级温度控制系统煤气空气PCTC加热炉温度压力 主控制器付控制器保持器付对象主对象R1(t)R1(n)e1(n)R2(n)e2(n)Δu2(n)C2(t)C1(t)--C2(n)C1(n)双回路串级控制系统计算顺序►计算主回路的偏差►主控制器的计算（位置PID） ►计算付回路的偏差►付控制器的计算（增量PID） §3-3-2前馈控制系统的设计前馈控制系统：当被测的干扰进入控制对象时，前馈控制预先调整控制作用，使被控变量保持在给定值上。Ffff 设：u1=0，并设输出的干扰为0，则有完全补偿的条件Ffff 若:前馈控制器为:Fffnnn 离散化: 前馈-反馈计算机控制系统计算顺序为：►计算反馈控制的偏差►反馈控制器输出（PID）►计算前馈补偿器输出►总控制量输出 §4-3-3大纯滞后补偿控制系统的设计预估器的传递函数为闭环传递函数为 史密斯预估器计算机控制系统计算顺序为►计算反馈控制的偏差nnnnnnm ►计算史密斯预估器中间值q(n)nnq(n-m)q(n)m►计算史密斯预估器输出Cτ(n)►计算PID控制器输入偏差ec(n)►计算PID控制算式 第三节呼吸的评估及护理呼吸机体→新陈代谢→吸取氧气、排出二氧化碳→机体与环境气体交换→ 一、正常呼吸的观察及生理性变化正常值正常成人16----20次/分频率和深浅度可随年龄、性别、活动、情绪而改变年龄幼儿﹥成人老人稍慢性别女﹥男活动、情绪激动↑、休息、睡眠↓ 二、异常呼吸的观察及护理(二)异常呼吸的观察1、频率异常成人﹥24次/分(1)呼吸增快（气促）tachypnea见于高热、缺氧、疼痛、甲亢 成人﹤10次/分见于呼吸中枢抑制(－)安眠药中毒、颅内疾病(2)呼吸缓慢bradypnea 2、节律异常(1)潮式呼吸（陈-施氏呼吸）表现一种周期性的呼吸异常中枢神经系统疾病见于酸中毒脑膜炎脑炎颅内压↑巴比妥中毒等病人 →→机理呼吸中枢(＋)↓刺激呼吸中枢高度缺氧、二氧化碳积聚呼吸恢复/加强（深快）二氧化碳↓→不能刺激呼吸中枢→呼吸减弱（浅慢）/呼吸暂停（5-20秒） (2)间断呼吸(毕奥式呼吸)表现呼吸与呼吸暂停现象交替出现机理同潮式呼吸，比其严重见于呼吸停止前颅内病变呼吸中枢衰竭 4、音响异常(1)蝉鸣样呼吸喉头水肿痉挛、喉头异物(2)鼾声呼吸见于深昏迷等病人见于 3、深浅度异常(1)深度呼吸（Kussmaul呼吸)表现深长而规则的大呼吸见于尿毒症糖尿病等引起的代谢性酸中毒(2)浮浅性呼吸表现浅表而不规则的呼吸，呈叹息样见于呼吸肌麻痹、肺与胸膜疾病、濒死的病人 5、呼吸困难指呼吸频率、节律和深浅度的异常原因气体交换不足，缺氧表现自感空气不足，胸闷，呼吸费力不能平卧烦燥，张口耸肩口唇、指(趾)甲紫绀鼻翼扇动 分类(1)吸气性呼吸困难表现病人吸气费力吸气时间显著长于呼气出现三凹症见于喉头水肿及气管或喉头异胛 (2)呼气性呼吸困难表现病人呼气费力呼气时间显著长于吸气见于哮喘、阻塞性肺气肿病人 (3)混合性呼吸困难表现吸、呼气均感费力见于肺部感染、大量胸腔积液、大片肺不张 (二)呼吸困难病人的护理1、提供针对性的心理护理2、调节室内空气3、安置合适的卧位半坐卧位严重时端坐位4、保持呼吸道通畅吸痰、体位排痰、防止误吸 5、按医嘱给药6、促进呼吸的措施：深呼吸、有效咳嗽/咳痰胸部叩击、体位引流吸氧、吸痰、气管插管/切开人工呼吸机'