石群自动控制原理(第7章).ppt

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1、第七章线性离散系统的分析与校正7-1离散系统的基本概念7-2信号的采样与保持7-3z变换理论7-4离散系统的数学模型7-5离散系统的稳定性与稳态误差7-6离散系统的动态性能分析7-7离散系统的数字校正7-8离散控制系统设计7-1离散系统的基本概念连续系统：①系统中所有信号都是时间的连续函数。②信号在全部时间上都是已知的。离散(时间)系统①系统中至少一处信号是脉冲或数码。②那些信号只定义在离散时间上。采样/脉冲控制系统：系统中的离散信号是脉冲序列形式的离散系统。数字/计算机控制系统系统中的离散信号是数字序列形式的离散系统。1.采样控制系统采样系统是对来自传感器的连续信息在某些规定的时间瞬

2、时上取值，而无法获取瞬时之间的信息。①周期采样：采样时间间隔具有规律性。等周期采样：采样时间间隔两两相等。②非周期/随机采样：采样时间间隔是时变的、随机的。假定：本章仅讨论等周期采样，如果系统中有几个采样器，则它们是同步等周期的。例7-1(P305)T为采样周期，τ为采样持续时间。炉温采样控制，当检流计指针与电位器接触时，电机才在采样信号作用下调节炉温。这种采样控制下，电机时转时停，若再采用较大开环增益，不仅利于系统稳定，还能抑制响应超调。通常，测量元件、执行元件、被控对象是模拟元件，其输入和输出是连续信号，即时间上和幅值上都连续的信号，称为模拟信号。脉冲元件的输入和输出是脉冲序列，即

3、时间上离散而幅值上连续的信号，称为离散模拟信号。采样器保持器连续信号脉冲序列采样系统：采样器和保持器是特殊环节。⑴信号采样和复现①采样：连续信号转变为脉冲信号。②采样器，例如采样开关。③T是采样周期，fs=1/T是采样频率。④采样角频率：ωs=2π/T=2πfs，单位是rad/s⑤采样持续时间τ<

4、结构图①开环采样系统：采样器位于闭合回路之外，或者系统无闭合回路。②闭环采样系统：采样器位于闭合回路之内。③典型结构图：④线性采样系统：采样开关的输出与输入存在线性关系，且系统其余部分的传递函数都具有线性特性。2.数字控制系统①以数字计算机为控制器。②包括离散工作的计算机和连续工作的被控对象。③闭环控制系统。计算机作为系统的控制器，其输入和输出是二进制编码的数字信号，即在时间上和幅值上都离散的信号。被控对象和测量元件的输入和输出是连续信号。连续-A/D-离散-D/A-连续Analog--Digital请分析：采样信号与数字信号的区别和联系？区别采样：在离散时刻，采集连续的幅值。编码：即

5、A/D过程，将采样值进行0、1编码。联系两者都是离散信号，且可以相互转化。解码：即D/A过程，将数码转换成连续信号。模拟-采样-量化-数字-解码-复现-模拟⑴A/D转换器①将连续模拟信号转换为离散数字信号的装置。②A/D转换包括采样和量化两个过程。③任何数值的离散信号必须表示成最小位二进制的整数倍，才能成为数字信号，才能进行运算。④数字计算机中信号在时间和幅值上都是断续的。⑤采样信号，例如记作，其数字信号记作。⑥A/D转换器若有足够的字长表示数码，或者称为精度高，即量化单位q足够小，则量化引起的幅值断续性可以忽略。⑦若采样编码是瞬间完成，并用理想脉冲等效代替数字信号，则数字信号可以看成

6、脉冲信号，A/D转换器可用每隔T秒瞬时闭合一次的理想采样开关S来表示。⑵D/A转换器①将离散数字信号转换为连续模拟信号的装置。②D/A转换包括解码和复现两个过程。离散数字--解码--离散模拟--复现(保持器)--连续模拟采样频率足够高时，连续模拟趋近于真正连续。③计算机的输出寄存器和解码网络相当于信号保持器。⑶数字控制系统的典型结构图假定：①A/D足够字长，量化单位q足够小，忽略幅值断续性。②采样编码过程是瞬时完成的。③可用理想脉冲幅值等效代替数字信号大小。④A/D可用周期T的理想开关代替。数字控制器(数字校正装置)表示每隔T输出数字量3.离散控制系统的特点①数字计算机构成数字校正装置

7、，软件实现控制规律，易于修改、控制灵活。②采样信号，特别是数字信号的传递可以有效地抑制噪声，提高系统抗干扰能力。③允许采用高灵敏度控制元件，提高控制精度。④可用一台计算机分时控制若干个系统，提高设备利用率，经济性好。⑤对于传输延迟，甚至大延迟控制系统，可以引入采样的方式稳定。4.离散系统的研究方法数学基础：Z变换。7-2信号的采样与保持1.采样过程①采样器，又称采样开关：把连续信号变换为脉冲序列。②采样过程：用一个周期性闭合的采样开关S表示。通