如何避免5.1.4系统中的延迟？

数字系统最多有三种延迟：采样/保持延迟、计算延迟和速度估计延迟。

采样/保持延迟是由于存储数据而产生的。在采样的开始，数据是新的，但是在采样周期内都是老数据。由上面保持一节分析得到，在整个采样周期T内，采样/保持延迟的时间是数据的平均使用时间，即0.5T。

计算延迟是由于执行控制律需要时间而产生的。与模拟控制系统不同，数字控制系统在采样后需要一定的时间计算控制律输出。计算延迟不会导致增益的衰减，但是延迟时间可能是从采样周期的一小部分到整个周期，它是由控制律的复杂度和编程技巧决定的。当控制律确定后，编程技巧变得尤为重要。

速度估计延迟是由于位置估计速度产生的，只有依赖于位置传感器的控制系统才会有这种延迟。控制系统通常把速度表示成两个最临近的位置的差分，这种估计产生了与采样/保持等效的额外相位滞后，因此数据的平均使用时间是0.5T，这个延迟与采样/保持产生的延迟时间是一样的。当然，速度估计延迟是可以通过采用其他的速度估计方法来减小的。

因此，由数字控制产生的总延迟是三种延迟之和，见表5-2。采样相位滞后在控制回路的总相位滞后中占主导地位，从而可能导致延迟对数字控制系统的影响比较大，响应能力不及相对应的模拟控制系统。当缩短采样周期，使采样相位滞后在控制回路的总相位滞后中不占主导地位，这时，数字控制系统的优点就会突现出来。

表5-2 延迟源

有经验的工程师也会将计算延迟与采样周期一起考虑。在输入信号经过采样后，为了获得最后新的输出，通常需要执行许多计算，执行计算所花的时间通常要超出采样周期的一半。由于回路中的延迟降低了系统的稳定性，自然期望能通过重新设计控制算法来减小这种延迟，考虑以下算法形式：

C_N=KR_N+历史数据 （5-28）

式中 C_N——当前输出；(www.xing528.com)

R_N——当前输入；

历史数据——以前的输入与输出的组合。

一般而言，控制算法都可以写成式（5-28）的形式，其优点是这种形式可以把读取R_N与输出C_N之间的计算次数减少到一次加法与一次乘法。每个周期内的处理步骤如下：

①读取R_N；

②计算C_N=KR_N+历史数据；

③输出C_N；

④计算下一个周期的历史数据。

计算延迟以前几乎从未讨论过，这也许是由于它不符合数字控制中无所不在的z变换分析法的缘故。令人遗憾的是这种延迟可能比较大，然而式（5-28）的应用又常被忽略，所以计算延迟在很多控制系统中限制着系统的性能。