计算机控制系统 教学课件 作者 马应魁 张虎 主编 张国华 主审第二章_基础.ppt

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1、第二章计算机控制系统基础BasisofComputerControlledSystemsDepartmentofControlScience&Engineering,ZhejiangUniversity9/14/20211第二章计算机控制系统基础本章主要内容计算机控制系统的采样及信号特点计算机控制系统的数学模型离散控制系统的分析计算机控制系统的总线技术9/14/20212第二章计算机控制系统基础第一节计算机控制系统的采样及信号特点9/14/20213第二章计算机控制系统基础本节主要内容计算机控制系统的信号形式信号的采样、采样周

2、期和采样定理信号的保持9/14/20214第二章计算机控制系统基础计算机控制系统的信号形式连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如y(t)、u(t)离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t)连续数字信号:时间是连续的，幅值上已是数字量离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT)2-1-1信号形式(1)y*(t)y(kT)u(kT)u*(t)采样器A/D保持器计算机D/Ay(t)u(t)9/14/20215第二章计算机控制系统基础2-1-1信号形式(2)计算机控制系统中的量化将离散模拟信号用

3、二进制代码逼近为数字信号的过程（如采样值y*(t)量化为y(kT)的过程）量化单位qq=M/2n，M为被转换的模拟量电信号满量程，n为转换成二进制数字量（A/D）的位数量化误差e=±q/29/14/20216第二章计算机控制系统基础2-1-2信号的采样、采样周期和采样定理(1)采样过程y(t)t采样器y(t)y*(t)y*(t)2T4Ttτ原始过程信号信号通过采样器采样后的信号过程信号采样过程示意图9/14/20217第二章计算机控制系统基础计算机控制系统的采样的合理性采样器接通时间τ远小于采样周期T理想采样器（接通电阻R0

4、，开路电阻R）采样信号y*(t)复现原信号在采样瞬间的值y(t)A/D转换后，y*(t)y(kT),k=1，2，……采样周期T须满足香农定理当满足上述条件时，y*(t)与y(kT)只相差量化误差2-1-2信号的采样、采样周期和采样定理(1)9/14/20218第二章计算机控制系统基础设δ(t-kT)为t=kT时刻的理想采样脉冲，则y*(t)只与y(t)在脉冲出现瞬间的值y(kT)有关，因而采样周期T的选择相当重要2-1-2信号的采样、采样周期和采样定理(2)9/14/20219第二章计算机控制系统基础2-1-2信号的保持

5、(1)目的将离散采样信号恢复为被控对象能够感知的连续模拟信号方法采用保持器，由现在或过去时刻的采样值,用某种函数去逼近2个采样时刻间的原信号常用的保持器零阶一阶及高阶9/14/202110第二章计算机控制系统基础2-1-2信号的保持(2)零阶保持器的信号保持过程零阶保持器的信号恢复2T4Tyh(t)t2T4Ty(kT)tＨ0y(kT)yh(t)零阶保持器6T4T2Tty采样信号y(kT)原信号y(t)恢复信号yh(t)9/14/202111第二章计算机控制系统基础第二节计算机控制系统的数学模型9/14/202112第二章计算机

6、控制系统基础本节主要内容Z变换计算机控制系统的数学模型9/14/202113第二章计算机控制系统基础2-2-1Z变换(1)z变换的定义对采样信号进行拉氏变换变量变换或定义符号称为的Z变换9/14/202114第二章计算机控制系统基础几点注意只有采样函数才能定义Z变换Z变换和离散序列之间有非常明确的幅值和时间的对应关系决定幅值，决定时间Z变换是由采样函数决定的，它反映不了非采样时刻的信息2-2-1Z变换(2)t3T2TT0y(t)采样值相同的两个不同的连续函数y1(t)y2(t)9/14/202115第二章计算机控制系统基础2-

7、2-1Z变换(3)Z变换的基本定理线性定理滞后(右移)定理超前(左移)定理复位移定理9/14/202116第二章计算机控制系统基础2-2-1Z变换(4)Z变换的基本定理初值定理终值定理卷积定理9/14/202117第二章计算机控制系统基础2-2-1Z变换(5)Z变换的计算级数求和法根据Z变换的定义部分分式法已知连续函数的拉氏变换，可以将分解成部分分式之和，查Z变换表求出留数法9/14/202118第二章计算机控制系统基础2-2-1Z变换(6)Z反变换已知，求出序列，常用的基本方法：长除法部分分式展开法留数计算法9/14/202

8、119第二章计算机控制系统基础2-2-1Z变换(7)改进Z变换，K是一个正整数，m为小于的1正数G(s)e-δsx(t)x*(t)y(t)y*(t)y*(t-δ)y(t-δ)t2TT0mT(1-m)Ty(t)y(t-δ)y(t-T)斜坡函数y(t)、y(t-δ)、y(t-T)