在连续-时间控制系统中
计算机控制系统
计算机控制系统组成：被控对象、执行机构、测量装置、指令给定装置计算机系统主要部件：A/D变换器、D/A变换器、数字计算机计算延迟：计算机控制系统中由于信号的采集，输出信号的保持，以及计算机处理信息的延迟作用产生的输入与输出信号之间的延迟。
计算机控制系统的控制过程：1实时数据采集即对被控量及指令信号的瞬时值进行检测和输入2实时决策即按给定的算法，依采集的信息进行控制行为的决策，生成控制指令3实时控制即根据决策实时地向被控对象发出控制信号计算机控制系统优点：1. 运算速度快、精度高、具有极丰富的逻辑判断功能和大容量的存储能力，容易实现复杂的控制规律，极大地提高系统性能。
2. 功能/价格的性价比高。
3. 控制算法灵活，由软件程序实现，因此适应性强，灵活性高。
4. 可使用各种数字部件，从而提高系统测量灵敏度并可利用数字通信来传输信息。
5. 使控制与管理更易结合，并实现层次更高的自动化。
6. 实现自动检测和故障诊断较为方便，故提高了系统的可靠性和容错及维修能力。
缺点与不足：抗干扰能力较低。
计算机实际工程设计的设计方法：1.连续域设计-离散化方法。
将计算机控制系统看成是连续系统，在连续域上设计得到连续控制器。
由于它要在数字计算机上实现，因此，采用不同方法将其数字化(离散化)。
2.直接数字域(离散域)设计。
把系统看成是纯离散信号系统，直接在离散域进行设计，得到数字控制器，并在计算机里实现。
控制系统中信号分类从时间上区分：连续时间信号__在任何时刻都可取值的信号；离散时间信号__仅在离散断续时刻出现的信号。
从幅值上区分模拟信号__信号幅值可取任意值的信号。
离散信号__信号幅值具有最小分层单位的模拟量。
数字信号__信号幅值用一定位数的二进制编码形式表示的信号。
保持采样间隔内信号不变的装置为零阶保持器zoh。
特点：1.幅频为非理想的滤波器2.相频存在滞后，与采样周期有关周期采样和随机采样的区别：周期采样过程中采样周期不变，而随机采样过程中采样周期发生变化，且采样间隔物规律。
数字PID的补偿算法的设计
数字PID调节器纯滞后的补偿算法设计摘要对于无滞后或滞后比较小的系统，通常采用PID控制。
对于纯滞后系统，PID控制效果并不好，需要另加补偿，因此提出了Smith预估补偿控制系统。
而 Smith 预估算法则在模型匹配时具有好的性能指标 ,但是由于这种算法严重依赖模型的精确匹配 ,而在实际中这是很难做到的。
本文研究的重点是设计与实现纯滞后系统的控制过程的控制规律和控制算法，并比较传统的数字PID控制算法与加入Smith预估器的控制算法的不同。
具体讨论了纯滞后系统的Smith预估器的实现方法，着重对这种控制算法进行了较深入的讨论，而且还通过仿真对设计和改进的结果进行了分析。
仿真实验中，若采用PID控制算法，系统会出现较大的超调量，采用史密斯预估器补偿控制超调量大大较少，系统更加稳定。
关键字：Matlab；纯滞后；数字PID；Smith 预估控制器；SimulinkAbstractFor the system with no or less delay, usually adopts PID control. For pure delay system, PID control effect is not good, need additional compensation, so the proposed Smith predictor control system. But Smith pre estimation algorithm has good performance index in the model matching, but because an exact match this algorithm heavily depends on the model, but in fact it is very difficult to do.This paper is focused on the control and implementation of rules and the control algorithm to control the process of pure lag system design, and compare the traditional digital PID control algorithm with the addition of Smith predictive control algorithm for different. Discussed the specific time delay system Smith prediction method is, focuses on the control algorithm are discussed in depth, but also analyzed through simulation design and improvement of the results. The simulation experiment, if the PID control algorithm, the system will have a large overshoot, Smith predictor is used to compensate control overshoot is greatly reduced, the system more stable.Keywords: Matlab; delay; digital PID; Smith controller; Simulink目录1.设计的目的及意义 (1)2.纯滞后系统概念 (1)2.1时滞的描述 (1)2.1.1纯滞后产生的主要原因 (2)2.1.2具有纯滞后对象的传递函数 (2)2.2纯滞后系统的控制算法 (2)2.2.1常规控制方法 (2)2.2.2智能控制方法 (3)3.数字PID控制理论及系统仿真 (3)3.1 PID控制算法 (3)3.1.1 模拟PID调节器 (3)3.1.2 数字PID控制算法 (4)3.2 PID的参数整定 (5)3.3 PID控制器的仿真 (8)４.Smith预估控制理论及系统仿真 (9)４.1 Smith预估控制理论 (9)4.1.1Smith预估控制的基本原理 (9)4.1.2 Smith预估器 (10)4.1.3纯滞后补偿控制算法步骤 (11)4.2 Smith控制系统仿真研究 (12)4.2.1控制方案和仿真框图的建立 (12)5.控制系统仿真比较分析 (13)6.总结 (14)参考文献 (15)1.设计的目的及意义在工业控制领域，数字PID控制器获得了广泛的应用。
数字控制器的连续化设计步骤-概述说明以及解释
数字控制器的连续化设计步骤-概述说明以及解释1.引言1.1 概述数字控制器的连续化设计步骤是指将传统的离散控制器转化为连续化控制器的过程。
在数字控制领域，离散控制器常常由于采样时间过长或采样频率过低而导致性能不佳，无法满足实际控制需求。
为了克服这一问题，连续化设计步骤被提出，旨在将离散控制器转化为连续时间域的控制器，从而提高控制系统的动态性能。
在连续化设计步骤中，首先需要对系统进行建模和分析，以获得系统的数学模型。
然后，通过使用连续化设计方法，对离散控制器进行调整和改进。
这个过程包括参数调节和滤波器设计等步骤，以获得更高的控制性能。
通过连续化设计，离散控制器可以更好地适应连续时间域的控制系统，从而提高了系统的响应速度和稳定性。
此外，连续化设计还可以有效地减少系统的抖动和震荡现象，使系统更加平稳。
本文将详细介绍数字控制器的连续化设计步骤。
首先，会对连续化设计的概念和背景进行概述，阐明其在数字控制领域的重要性和意义。
接下来，会详细介绍连续化设计的具体步骤，包括系统建模、参数调节和滤波器设计等内容。
最后，对连续化设计的优点和局限性进行总结，并展望其未来的发展方向。
通过本文对数字控制器的连续化设计步骤的详细介绍，读者将能够深入了解如何将离散控制器转化为连续时间域的控制器，并在实际应用中取得更好的控制效果。
同时，本文还将展示连续化设计在控制领域的巨大潜力，并为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
1.2 文章结构文章结构部分的内容：本文主要围绕数字控制器的连续化设计步骤展开讨论，分为引言、正文和结论三个主要部分。
引言部分主要对本文的研究背景和意义进行介绍。
首先对数字控制器进行了概述，指出了数字控制器在工业自动化领域的重要性和应用广泛性。
随后介绍了本文的结构，以便读者更好地理解本文的组织框架。
最后明确了本文的目的，即通过对数字控制器的连续化设计步骤进行研究，为相关领域的研究人员提供指导和参考。
正文部分按照步骤进行了详细的介绍。
连续时间代数riccati方程
连续时间代数riccati方程全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：连续时间代数Riccati方程是一类重要的微分代数方程，广泛应用于控制理论、动力系统、信号处理等领域。
它可以描述系统状态随时间演化的动态过程，并在实际应用中发挥着重要作用。
本文将介绍连续时间代数Riccati方程的基本概念、求解方法和应用领域。
一、基本概念连续时间代数Riccati方程是一种特殊的矩阵微分方程，定义如下：\dot{P}(t) = -A^T P(t) - P(t)A - P(t)B R^{-1} B^T P(t) + QP(t)是一个对称矩阵，称为Riccati方程的解；A、B、R、Q分别是给定的矩阵，分别代表系统的状态矩阵、输入矩阵、状态-输入权重矩阵和状态-状态权重矩阵。
连续时间代数Riccati方程的特点在于，它不仅包含了状态矩阵的演化动态，还考虑了系统输入和权重矩阵对系统状态的影响。
Riccati 方程可以描述系统在连续时间下的状态演化规律，是控制理论中的重要工具。
二、求解方法对于一般的连续时间代数Riccati方程，其解并不容易求解。
针对特定情况下的Riccati方程，可以采用不同的方法进行求解。
常用的求解方法包括：1. Lyapunov方程法：将Riccati方程转化为Lyapunov方程进行求解；2. 反应敏感性法：通过求解线性化的Riccati方程，然后利用反应敏感性理论进行逼近求解；3. 近似法：将Riccati方程展开成级数，通过截断级数求解近似解。
这些方法在实际应用中都有其适用范围，可以根据具体问题的特点选择合适的方法进行求解。
三、应用领域连续时间代数Riccati方程在控制理论、动力系统、信号处理等领域有着广泛的应用。
一些典型的应用包括：1. 线性二次型控制：Riccati方程是线性二次型控制理论的核心工具，用于设计最优控制器，实现控制系统的性能优化；2. 动态系统稳定性分析：通过求解Riccati方程，可以分析系统的稳定性和受控性，评估系统的运动特性；3. 鲁棒控制设计：Riccati方程在鲁棒控制设计中起着重要作用，可以设计具有鲁棒性能的控制器。
什么是热水循环系统,回水器
什么是热水循环？ 楼主 热水循环就是把热水管道中的凉水回到水箱或冷水管道中， 从而实现一开龙头就来热水。
利 用热水循环节约了水资源和我们的宝贵时间无管热水循环系统主要针对装修完工没有预埋热水回水管的用户，无管循环系统安装后一 样可以享受热水循环， 打开任何一个热水龙头即可出来热水， 真正让你享受到无管循环热水 的快捷、方便、适用、节能，循环系统控制方式有温控、延时、点动、时控、线控、双向无 线遥控满足较大的用户能在房间内能够操作控制循环系统， 并一目了然看见循环系统运行工 作状态。
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连续时间积分器和离散时间积分器转换
连续时间积分器和离散时间积分器转换
在控制系统中，连续时间积分器和离散时间积分器是两个重要的概念。
它们在信号处理和系统控制中起着至关重要的作用。
接下来，我将为您介绍这两个概念以及它们的应用。
连续时间积分器是一种用于连续时间信号处理的重要工具。
它可以将输入信号进行积分操作，从而得到输出信号。
这种积分操作可以看作是对输入信号的累加。
连续时间积分器通常由电路实现，使用电容和电阻等元件来实现积分功能。
它常用于控制系统中的位置、速度和加速度等连续变量的控制。
离散时间积分器则是用于离散时间信号处理的工具。
它将输入信号进行离散化，并对离散信号进行积分操作。
离散时间积分器通常由数字电路实现，使用存储器和计算单元等元件来实现积分功能。
它广泛应用于数字滤波器、数字控制系统和数字信号处理等领域。
这两种积分器在实际应用中具有广泛的用途。
例如，在机器人控制系统中，连续时间积分器可以用于实现位置控制，离散时间积分器可以用于实现速度控制。
在语音信号处理中，连续时间积分器可以用于去除噪声，离散时间积分器可以用于语音合成。
在图像处理中，连续时间积分器可以用于平滑图像，离散时间积分器可以用于图像增强。
总结起来，连续时间积分器和离散时间积分器是控制系统中常用的
信号处理工具。
它们可以实现对输入信号的积分操作，从而得到输出信号。
无论是在连续时间领域还是离散时间领域，它们都具有广泛的应用。
它们的应用领域涵盖了机器人控制、语音信号处理和图像处理等多个领域。
通过合理的使用这两种积分器，我们可以更好地控制系统，处理信号，并实现各种应用需求。
PID控制原理教程
PID控制原理教程第一讲数字PID概述1.1 概述在连续-时间控制系统中，PID控制器应用得非常广泛。
其设计技术成熟，长期以来形成了典型的结构，参数整定方便，结构更改灵活，能满足一般的控制要求。
数字PID控制比连续PID控制更为优越，因为计算机程序的灵活性，很容易克服连续PID控制中存在的问题，经修正而得到更完善的数字PID算法。
本章将详细地讨论数字PID控制器的设计和调试问题。
1.2 PID控制简介目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。
智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。
自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。
控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。
不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。
比如压力控制系统要采用压力传感器。
电加热控制系统的传感器是温度传感器。
目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。
可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。
还有可以实现PID 控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。
pid离散化推导
在控制系统中，PID（比例-积分-微分）控制器被广泛应用于实现反馈控制。
在某些情况下，为了将连续时间的PID控制器应用于离散时间的系统中，需要对PID控制器进行离散化推导。
首先，我们假设系统的采样周期为T秒，即系统的输入和输出在每个离散时间步长T 上进行采样。
接下来，我们将根据T的值将PID控制器中的积分和微分项离散化。
1. 比例项（Proportional Term）：比例项是PID控制器的基本部分，它与误差信号的大小成比例。
离散化比例项的推导非常简单，只需要将连续时间的误差信号乘以一个常数Kp即可。
离散时间的比例项可以表示为：P(k) = Kp * e(k)2. 积分项（Integral Term）：连续时间的积分项需要对误差信号进行积分。
在离散时间中，我们可以使用数值积分方法，如矩形规则、梯形规则或辛普森规则来近似离散时间的积分。
其中，最常用的方法是矩形规则。
离散时间的积分项可以表示为：I(k) = I(k-1) + (Ki * e(k) * T)3. 微分项（Derivative Term）：连续时间的微分项需要对误差信号进行微分。
在离散时间中，我们可以使用差分方法来近似离散时间的微分。
其中，最常用的方法是前向差分法或后向差分法。
离散时间的微分项可以表示为：D(k) = (Kd/T) * (e(k) - e(k-1))综上所述，离散化的PID控制器可以表示为：u(k) = P(k) + I(k) + D(k)其中，u(k)为离散时间步长k时刻的控制输出，P(k)为离散化比例项，I(k)为离散化积分项，D(k)为离散化微分项。
需要注意的是，离散化的PID控制器可能引入采样延迟和数字计算误差。
因此，在实际应用中，还需要根据系统的特性进行参数调整和优化，以达到期望的控制效果。
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在连续-时间控制系统中
在连续-时间控制系统中，PID控制器应用得非常广泛。
其设计技术成熟，长期以来形成了典型结构，参数整定方便，结构更改灵活，能满足一般控制要求。
数字PID控制比连续PID控制更为优越，因为计算机程序灵活性，很容易克服连续PID控制中存在问题，经修正而得到更完善数字PID算法。
本章将详细地讨论数字PID控制器设计和调试问题。
数字PID控制
数字PID控制器参数选择
连续一时间PID控制系统如图3-1所示。
图中，D（s）为控制器。
在PI D控制系统中，D（s）完成PID控制规律，称为PID控制器。
PID控制器是一种线性控制器，用输出量y（t）和给定量r（t）之间误差时间函数。
e(t)=r (t)-y(t)
(3-1)比例，积分，微分线性组合，构成控制量u（t）称为比例（Proporti onal）
积分（Integrating）
微分（Differentiation）控制，简称PID控制。
实际应用中，可以根据受控对象特性和控制性能要求，灵活地采用不同控制组合，构成
比例（P）控制器
(3-2)
比例十积分（PI）控制器
(3-3)
比例十积分十微分（PID）控制器
(3-4)
式中 KP——比例放大系数；TI——积分时间； TD——微分时间。
比例控制能迅速反应误差，从而减小稳态误差。
但是，比例控制不能消除稳态误差。
比例放大系数加大，会引起系统不稳定。
积分控制作用是，只要系统有误差存在，积分控制器就不断地积累，输出控制量，以消除误差。
因而，只要有足够时间，积分控制将能完全消除误差，使系统误差为零，从而消除稳态误差。
积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。
微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统稳定性提高，同时加快系统动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统动态性能。
应用PID控制，必须适当地调整比例放大系数KP，积分时间TI和微分
时间TD，使整个控制系统得到良好性能。
在电子数字计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID 控制算法程序实现。
计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。
进入计算机连续-时间信号,必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机存贮器和寄存器，而在数字计算机中计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。
在数字计算机中，PID控制规律实现，也必须用数值逼近方法。
当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差商代替微商，使PID算法离散化，将描述连续-时间PID算法微分方程，变为描述离散-时间PID算法差分方程。
考虑式（3-4），用矩形积分时，有
(3-5)
用差分代替微分
(3-6)
将式（3一5）、（3一6）代入式（3一4），PID算法变为
(3-7)
或
式中 u 0——控制量基值，即k=0时控制；
u（k）——第k个采样时刻控制； KP——比例放大系数； KI——积分放大系数；
KD——微分放大系数；
TS——采样周期。
式（3-7）是数字PID算法非递推形式，称全量算法。
算法中，为了求和，必须将系统偏差全部过去值e（j）（j=1，2，3，... ，k）都存储起来。
这种算法得出控制量全量输出u（k），是控制量绝对数值。
在控制系统中，这种控制量确定了执行机构位置，例如在阀门控制中，这种算法输出对应了阀门位置（开度）。
所以，将这种算法称为“位置算法”。
当执行机构需要不是控制量绝对值，而是控制量增量（例如去驱动步进电动机）时，需要用PID“增量算法”。
由位置算法求出
再求出
两式相减，得出控制量增量算法
（3-8）
式(3-8)称为增量式PID算法。
对增量式PID算法（3-8）归并后，得
(3-9)
其中
（3-9）已看不出是PID表达式了，也看不出P、I、D作用直接关系，只
表示了各次误差量对控制作用影响。
从式（3-9）看出，数字增量式PID算法，只要贮存最近三个误差采样值e（k）、e（k-1）、e（k-2）就足够了。
这就是我们前面涉及系统，系统中只有一个PID控制器，如图3-13所表示。
计算机串级控制系统典型结构如下图3-14所示。
系统中有两个PID控制器，其中一个控制器输出，作为另一个控制器给定。
图中，控制器PID2称副控制器，内环称副回路；PID1称主控制器，包围PID2外环称主回路。
主控器输出控制作为副回路给定量。
串级控制系统计算顺序是先主回路（PID1）后副回路（PID2）。
控制方式有两种：异步采样控制和同步采样控制。