[工学]自动控制原理 ppt

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1、第8章离散控制系统8.1离散系统的基本概念8.2信号的采样与保持8.3z变换理论8.4离散控制系统的数学模型8.5离散控制系统的分析8.6离散控制系统的数字校正8.7应用MATLAB分析离散控制系统8/5/20211熊凌自动控制原理模拟信号离散信号数字信号采样量化一、控制系统中的信号分类8.1离散系统的基本概念8/5/20212熊凌自动控制原理1、模拟信号信号是时间的连续函数2、离散信号信号是时间上的离散序列3、数字信号信号是时间上、幅值上离散序列8/5/20213熊凌自动控制原理二、控制系统分类（按信号形式划分）1、连续系统2、采样系统3、计算机控制系统(数控系统）A/D

2、:采样量化（编码）D/A:解码复现8/5/20214熊凌自动控制原理采样周期：是一个非常重要、特殊的参数，会影响系统的稳定性、稳态误差、信号恢复精度！三、连续系统与采样控制系统相同点：1、采用反馈控制结构2、都有被控对象、测量元件和控制器组成3、控制系统的目的4、系统分析的内容不同点：信号的形式（采样器、保持器）采样控制系统的优点：高精度、高可靠、有效抑制干扰、良好的通用性8/5/20215熊凌自动控制原理在连续系统中的一处或几处设置采样开关，对被控对象进行断续控制；通常采样周期远小于被控对象的时间常数；采样开关合上的时间远小于断开的时间；采样周期通常是相同的。四、采样控制

3、系统的特点8/5/20216熊凌自动控制原理离散控制系统的特点由数字计算机构成的数字校正装置，比连续式校正装置好，且控制规律易于通过软件编程改变，控制功能强。采样信号，特别是数字信号的传递可以有效地抑制噪声，从而显著提高了系统的抗干扰能力，同时信号传递和转换精度高。允许采用高灵敏度的控制元件，以提高系统的控制精度。可用一台计算机分时控制若干个系统，提高了设备的利用率，经济性好。容易实现一些复杂的控制算法和实现“最优控制”，对于具有传输延迟，特别是大滞后的控制系统，可以引入采样的方式使之稳定。综合问题的性能指标函数可分为优化型和非优化型性能指标。8/5/20217熊凌自动控制

4、原理离散控制系统的研究方法研究连续线性系统所用的方法，例如拉氏变换，传递函数和频率特性等不再适用。通过z变换这个数学工具，可以把我们以前学习过的传递函数，频率特性，根轨迹法等概念应用于离散控制系统。z变换具有和连续系统中拉氏变换同等的作用，是研究线性离散系统的重要数学工具。与连续系统对比，只是运用了不同的数学工具，所研究的内容范围一样。8/5/20218熊凌自动控制原理8.2信号的采样与保持采样过程离散时间函数的数学表达式8/5/20219熊凌自动控制原理一、采样过程采样过程：按照一定的时间间隔对连续信号进行采样，将其变换为时间上离散的脉冲序列的过程。理想脉冲信号发生器！！

5、T—采样周期n—整数单位脉冲序列—采样频率—采样角频率8/5/202110熊凌自动控制原理采样过程可以看成是脉冲调制过程s的超越函数8/5/202111熊凌自动控制原理二、采样过程的特点：1、采样过程相当于一个脉冲调制过程2、采样的输出信号可表示两个信号的乘积决定采样时间决定采样信号的幅值8/5/202112熊凌自动控制原理傅里叶级数展开离散信号与连续信号频谱关系采样函数的频谱分析8/5/202113熊凌自动控制原理连续信号频谱频谱互不重叠的条件：离散信号频谱之二离散信号频谱之一8/5/202114熊凌自动控制原理为了使信号得到很好的复现，采样频率应大于等于原始信号最大频率

6、的二倍，即香农（Shannon）采样定理8/5/202115熊凌自动控制原理把采样信号恢复为原来的连续信号称为信号的复现。实用的办法是加入保持器。常用的为零阶保持器。信号的复现实现方法：理想滤波器实际使用的方法：保持器保持器零阶保持器（恒值外推）一阶保持器（线性外推）一阶保持器实际很少使用！！8/5/202116熊凌自动控制原理零阶保持器零阶保持器的输入输出信号主要特点：1、输出信号是阶梯波，含有高次谐波。2、相位滞后。8/5/202117熊凌自动控制原理零阶保持器的单位脉冲响应零阶保持器的传递函数为：8/5/202118熊凌自动控制原理零阶保持器的幅频与相频特性如下图所示

7、：注意：1、除了主频谱外，还有高频分量。2、零阶保持器将产生相角滞后。8/5/202119熊凌自动控制原理零阶保持器的近似实现取前两项取前三项8/5/202120熊凌自动控制原理取前三项时用无源网络实现形式更高阶的近似，使无源网络变得非常复杂。一般不使用！！8/5/202121熊凌自动控制原理8.3z变换理论Z变换的定义Z变换的方法Z变换的性质Z反变换8/5/202122熊凌自动控制原理Z变换的定义对其进行拉氏变换：称为采样函数的Z变换。8/5/202123熊凌自动控制原理Z变换的方法级数求和法部分分式法8/5/2