4计算区域与控制方程的离散化37页PPT

0 1 0 x x u 0 2 1
近似离散化方法(4/6)—例3-12
解 由近似离散化法计算公式,对本例有
T 1 G(T ) I AT 0 1 2 T
于是该连续系统的离散化状态方程为
0 H (T ) BT T
x(( k 1)T ) Φ(T )x(kT )
( k 1)T
kT
Φ[( k 1)T τ ]dτ Bu(kT )
对上式作变量代换,令t=(k+1)T-,则上式可记为
x((k 1)T ) Φ(T )x(kT ) Φ(t )dtBu(kT )
0
T
将上式与线性定常离散系统的状态方程 x((k+1)T)=(I+AT)x(kT)+BTu(kT)
线性定常连续系统的离散化(2/3)
线性定常连续系统状态空间模型的离散化,实际上是指在采 样周期T下,将状态空间模型 x Ax Bu y Cx Du 变换成离散系统的如下状态空间模型:
x(( k 1)T ) G (T )x(kT ) H (T )u(kT ) y (kT ) C (T )x(kT ) D(T )u(kT )
近似离散化方法(2/6)
将上式代入连续系统的状态方程,有 [x((k+1)T)-x(kT)]/T=Ax(kT)+Bx(kT) 即 x((k+1)T)=(I+AT)x(kT)+BTu(kT) 将上式与线性定常离散系统状态空间模型的状态方程比 较,则可得如下近似离散化的计算公式: G(T)=I+AT H(T)=BT 将上述近似离散法和精确离散法比较知,
精确法、

u*(t) ZOH
T U(z)
y(t) G0(s)
Y(z)
图4.1 最少拍系统结构图
第4章 计算机控制系统离散化设计
4.1.1 最少拍系统设计的基本原则
最少拍控制系统是在最少的几个采样周期内达到在 采样时刻输入输出无误差的系统。显然，这种系统对闭 环Z传递函数W(z)的性能要求是快速性和准确性。
对系统提出性能指标要求是，在单位阶跃函数或等 速函数、等加速度函数等典型输入信号作用下，系统在 采样点上无稳态误差，并且调整时间为最少拍。
单位加速度： m=3， A(Z ) T 2 (1 z 1 )z 1
则有
2
eHale Waihona Puke *()lim(1
Z 1
z
1
)We
(z)
(1
A( z ) z 1 )
m
若要求稳态误差为零的条件是We(z)应具有如下形式
We (z) (1 z 1 ) m F (z)
则 e * () lim(1 z1) A(z)F (z) 0 Z 1
(1 z1)2
(1 z1)2G(z)
m
3, D(z)G(z)
z1(3 3z1 (1 z1)3
z2 )
, D(z)
z1(3 3z1 z2 ) (1 z1)3G(z)
第4章 计算机控制系统离散化设计
4．最少拍系统分析
(1)单位阶跃输入时
Y (z)
W (z) R(z)
z 1 1 z1
z 1
单位加速度： R(z) T 2 (1 z 1 )z 1 2(1 z 1 )3
可统一表达为：
A( z ) R(z) (1 z 1 )m
式A(z)中为不含 (1 z 1因) 子的z-1的多项式。

1计算传热学第二章离散化方法任课教师：王增辉中科院研究生院物理科学学院2010年2中国科学院研究生院2010年春季方程求解的关键环节区域离散化的两种方法Taylor级数展开法控制方程离散化的控制容积法Taylor级数法和控制容积法比较四个基本原则本章主要内容3中国科学院研究生院2010年春季2.1 方程求解的关键环节建立恰当的数学模型Proper Mathematical Modelling对求解区域进行离散化处理Discretization of Computational Domain对数学模型进行离散化处理Discretization of Mathematical Model离散化(discretization）：将连续的数据用离散的数据来记录；在离散的点之间用光滑曲线通过内插来连接4中国科学院研究生院2010年春季离散化计算区域离散化控制方程离散化用时空点有限的计算域替代时空点无限的计算域用离散的状态变量分布去近似连续的状态变量分布所满足的基本方程确定拟求解那些时刻和那些位置的状态变量的数值大小，形成网格确定拟求解的那些有限时空点上的离散状态变量所应满足的方程，形成差分方程。

5中国科学院研究生院2010年春季计算区域(domain)网格线(grid line)：沿坐标轴线方向连接相邻节点所形成的曲线族 格子（cell）节点(grid pointer，node, center node)：待求状态变量的空间位置；计算节点（computational node, FDM）；节点（FVM）控制容积(control volume，CV)界面(face)：包围节点的最小几何单元，或实施控制方程离散化的最小几何单元界面(控制容积面或控制体界面)：控制体的边界面计算区域边界节点控制体界面数值计算名词6中国科学院研究生院2010年春季区域离散化区域离散化：将求解区域划分为若干个互不重合的子区域（CV)；区域之间不重合子区域（sub-region)也称为控制容积（controlvolume)；并确定节点在每个子区域中的位置：需要给出节点位置坐标，这一过程称之为计算区域的离散化，或网格划分或网格生成技术区域离散化是用一组正交的网格线（可以是曲线）将求解区域进行分割规则形状的计算域，容易实现区域离散化，一系列平行于坐标轴的曲线族就可实现网格划分；复杂的区域内不存在与坐标轴关联的简单又直观的网格划分方法7中国科学院研究生院2010年春季 有限区域(finite domain)：求解区域（Computational domain）＝实际区域无限区域(infinite domain)：求解区域不等于实际区域；界定原则：计算结果不敏感原则，亦即求解区域的大小对计算结果没有明显的影响8中国科学院研究生院2010年春季首先，用一系列与坐标轴相应的直线或曲线把计算域划分成互不重叠，且覆盖整个计算域的一些小区域，这些小区域也称之为子区域。

[e(i) 2e(i
e(i 1)] 1) e(i

2)]
中心
e(t
e(t )
)
1 T2
1 [e(i 2T [e(i 1)
1) e(i 1)] 2e(i) e(i
1)]
例7-3 试将PID控制器离散化
u(t
)

K
p

e(t
)

1 Ti
展开式
或② 或③
n
n
y(k) ai y(k i) bi x(k i)
i 1
i 1
n
n
y(k) bi x(k i) ai y(k i)
i0
i0
级数和式 计算机算式
2、与脉冲传递函数的关系
对②两边Z变换：
Y (z)(1 a1z1 a2 z2 an zn ) X (z)(b0 b1z1 b2 z2 bn zn )

1 0.2s
1
解：代入 s 2 z 1
T z 1
G(z)


2

z
12

1 0.2

2

z
1
1
T z 1
u(k)

u(k
1)

K
p e(k)

e(k
1)

T Ti
e(k )
Td e(k) 2e(k 1) e(k 2)
T

或整理为
u(k) u(k 1) b0e(k) b1e(k 1) b2e(k 2)
b0

K
p