自动控制原理 教学课件 作者 厉玉鸣 马召坤 王晶 主编第8章_采样控制系统2.ppt

《自动控制原理 教学课件 作者 厉玉鸣 马召坤 王晶 主编第8章_采样控制系统2.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第8章采样控制系统1、线性离散系统的分析方法，2、讨论信号的采样和保持的数学描述，3、介绍Z变换理论和方法以及数学模型的离散化。然后介绍脉冲传递函数。4、介绍线性离散系统性能分析，包括系统的稳定性、稳态特性、动态特性。本章主要讲述8.1采样控制概述控制系统通常分成两大类：一、连续时间控制系统：各处的信号是时间的连续函数，则称该类系统为连续时间控制系统。二、离散时间控制系统：有一处或数处信号不是时间的连续函数，而是在时间上离散的一系列脉冲序列或数字信号，称这类系统为离散时间控制系统或采样控制系统。离散控制系统、数字控制系统和采样控制系统都是同类系统，但严格是有差别的。一、离散控

2、制系统：内涵最广，它涵盖了采样和数字控制系统。离散控制处理的是离散信号。二、采样控制系统：包括了采样数据信号和数字信号，如过程控制系统（PCS）。采样控制处理的是采样信号。三、数字控制系统：信号是一个数字序列，如数字仿真系统（DSS）。数字控制处理的是数字信号。图8-1计算机控制系统原理图如图8-1所示，它的输入信号是一个数字序列，如数字仿真系统。由于被控量是一个物理量，而计算机只能处理数字的离散信号，因此采用模数转换器（A/D）将连续信号转换为离散信号（数字量）送给计算机，计算机按某种控制算法进行计算，输出的控制量为数字信号，然后再经过数模转换器（D/A）将离散信号转换为连

3、续的模拟量来控制被控对象。采样控制系统包括了采样数字信号和数字信号，如图8-2所示。将计算机控制系统中的A/D换成采样开关，D/A换成保持器，那么计算机控制系统则变成了采样控制系统。图8-2采样控制系统采样控制系统与连续时间控制系统相比的优点：（1）容易实现复杂的控制规律；（2）控制规律易改变；（3）精度高、抗干扰性能好。目前采样控制系统的发展成为：1、集散控制系统（DCS）；2、可编程控制器（PLC）；3、工业控制机（IPC）；4、计算机集成制造系统（CIMS）。8.2采样过程及采样定理一、采样过程采样方式：周期采样：按一定的时间间隔对连续信号进行采样，则是周期采样。随机采

4、样：采样的时间间隔是不确定的，而是随机变化的则是随机采样。多速采样：对连续信号进行采样时有多个采样并存，则是多速采样。多阶采样：采样瞬间是周期性重复的。采样过程：按一定的时间间隔对连续信号进行采样，将其转换为相应的脉冲序列的过程称为采样过程。采样器：把连续信号变为脉冲序列或数字序列的装置称为采样器，又称采样开关。采样开关的采样过程可以用一个周期闭合的开关K来表示，如图8-3所示。te(t)Kes(t)（a）采样（b）连续输入信号（c）实际采样的输出（d）理想采样器的输出图8-3模拟信号的采样过程采样过程可以看成是一个脉冲幅值调制过程。理想的采样开关相当于一个单位理想脉冲序列发

5、生器，它能够产生一系列单位脉冲。单位脉冲序列的数学表达式为：……………(8-1)式中：T为采样周期，n为整数；它由周期为的一系列宽度为零、幅值为无穷大、而面积为1的单位理想脉冲所组成（图8-4所示）。图8-4单位脉冲序列因此，单位脉冲序列可以看成是脉冲调制器的载波信号如图8-5所示。图8-5采样信号的调制过程理想的采样过程可以看成是单位理想脉冲序列发生器的脉冲对输入信号的调制过程，理想的采样器就像一个载波为的幅值调制器。图8-6（b）是理想脉冲发生器的脉冲序列图8-6（c）是理想采样器的输出(a)(b)(c)图8-6理想的采样过程图8-6（a）所示的是输入的连续信号。二、采样

6、过程的数学描述………………(8-2)理想的采样开关相当于一个单位理想脉冲序列发生器。单位脉冲函数的定义：对函数进行积分：函数与其它函数的关系：……………………(8-3)…………………(8-4)函数的一个重要特性就是筛选性：……………(8-5)由此可见：用单位脉冲函数去乘以某一函数并对其进行积分，其结果等于脉冲所在处的该函数的值。移动脉冲所在处的位置，就可以筛选所需时刻上的函数值。脉冲调制器的输出信号可以表示为输入信号与调制信号的乘积：……………………(8-6)其中理想的单位脉冲序列可以表示为：………………………(8-7)实际的控制系统中，当时，，所以式(8-7)求和下限变为零

7、后代入式（8-6）中得到：……………………(8-8)的数值仅在采样瞬时才有意义，所以式(8-8)又可以表示为：…………………(8-9)对采样信号的拉氏变换：………………(8-10)根据拉氏变换的位移定理：………(8-11)可见，只要已知连续信号采样后的采样函数的值，即可求出的拉氏变换……………………(8-12)解：因为：则：例8-1设采样器的输入信号为试求采样器输出信号的拉氏变换。由式（8-12）可得：由等比级数的求和公式可得：三、采样定理研究采样信号的特性，需讨论其频谱展开。根据傅氏级数展开，周期性的