当前课程知识点:计算机控制导论 > 第八章 从函数到算法 > 8.3 计算时延问题 > 8.3.2 程序结构的影响
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计算机控制系统——分析、设计与实现技术
ISBN: 978 703 055 8091
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教材7.3节
选择不同的AD和DA有利于减少时间延迟
另一方面
选择不同的算法结构也可以减少时间延迟
我们看一下程序结构如何选择有利于计算时间的减少
我们先回顾一下D(z)的结构
D(z)包括的基本运算实际上只有三种
直流增益,乘法器
时间延迟,也就是z的-1次幂这个环节
另外就是加法环节,也就是求和的运算
D(z)主要是靠这三个基本运算来完成的
这三个基本运算可以通过不同的组合来完成相同的计算功能
这些组合就是我们所说的控制器的运算结构
它对应于控制器算法的程序结构
这个程序结构主要由乘法运算、延迟运算和求和运算三种基本的运算来完成
我们可以根据可控实现形式直接来计算u(k)
这样就得到了图示0型结构
在这个结构里面
我们是用前面三种基本结构经过有限次的运算组合组合来直接计算控制器u(k)的
它对应的程序流程图是这个样子的
在这里面,运算时间最长的就是两个累计求和项
我们可以把这个程序结构调整一下
把这两个累计求和项移到程序的后端
做了这样的转移之后
我们就可以把控制器输出项提前
这样就有利于缩短u(k)和采样脉冲之间的时间间隔
这种调整对运算结果不会产生影响
因为两个累计求和项只是与历史数据有关系
我们也可以通过w变换把0型结构做一下调整
把u(z)写成w(z)一种求和的形式
调整之后对应的程序框图是这个样子
它的程序时间与0型结构相比更为紧凑
而且是固定的
但是,无论是0型结构还是1型结构
它的运算对零极点的位置都是比较敏感的
同时
所有系数并不直接反映零极点的位置
在调试的时候比较麻烦
而且系统阶次较高的时候,运算量会变得很大
所以对于高阶系统,我们通常会做另外的变换
比如说把它分解成若干低阶系统的串联
在这个结构里面
每一个低阶系统,我们都可以用0型或者1型结构来实现
若干的一阶或二阶系统串联之后得到一个高阶系统
它的程序流程可以这样表示
这两个环节是固定的
每一个环节运算的时间取决于0型或者是1型算法所需要的时间
整个系统,整个串行结构,运算所需要的时间
取决于其中所包含的这些一阶或者二阶子系统的数量
串行结构的运算时间是不固定的
为了获得一个固定的运算时间
我们可以把它分解成若干一阶或者是二阶系统的并联
像这个图表示的样子
这个信号流图对应的程序框图可以这样来写
在这里面
不管程序包含了多少一阶或二阶的子系统
它的运算时间都等于一个低阶系统运算所需要的时间
因为所有子系统的计算是同时的并行完成的
这四种运算形式从数学上来讲是完全等价的
但是
它们的运算时间和量化误差是不一样的
运算速度也有不同
实际使用的时候可以根据需要做出选择
一般来讲
低阶系统可以使用直接型的算法
而高阶系统可以把它转换成低阶系统的串行或并行来完成
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