离散控制系统.ppt

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1、第八章离散控制系统8.1离散系统及基本概念8.2采样过程和采样定理8.3信号恢复8.4Z变换8.5离散系统的数学模型8.6离散系统的时域分析8.7离散系统的数字校正自动控制系统的分类:1.按照给定信号（输入量）分类2.按照系统的数学描述分类4.按照信号传递的连续性分类3.按照系统输入与输出信号的数量分类8.1离散系统及基本概念控制系统中的信号：连续信号：在时间上和幅值上都连续的信号；是时间变量的连续函数，在全部时间上都是已知的。离散信号：只在离散时间上定义的信号，不是时间的连续函数。脉冲序列：在时间上离散而在

2、幅值上连续的信号，或称离散模拟信号。特点：幅值是任意可取的，代表了脉冲的强度。数字序列(数码)：在时间上和幅值上都离散的信号，或称离散数字信号。特点：幅值是采用整量化表示的(即量化单位的整数倍)。离散信号：8.1离散系统及基本概念采样控制系统或脉冲控制系统：系统中的离散信号是脉冲序列形式。数字控制系统或计算机控制系统：系统中的离散信号是数字序列形式。离散控制系统：控制系统：连续控制系统：控制系统中的所有信号都是连续信号。离散控制系统：控制系统中有一处或几处的信号是离散信号。8.1离散系统及基本概念工业炉炉温的

3、连续控制系统：放大器与执行电动机炉子燃料供应调节阀炉温炉温设定值误差转速开度8.1离散系统及基本概念放大器与执行电动机炉子燃料供应调节阀炉温炉温设定值转速开度工业炉炉温的采样控制系统：8.1离散系统及基本概念工业炉炉温的计算机控制系统：D(z)炉子D/A放大器与伺服电动机A/D温度检测与变换计算机炉温炉温设定值8.1离散系统及基本概念在经典控制理论中，主要的研究对象有：单变量线性定常连续系统（概要复习）非线性系统单变量线性定常离散系统（研究内容）8.1离散系统及基本概念采样控制系统：1.采样：按照一定的时间间

4、隔对连续信号进行取值，将连续信号转变为脉冲序列（或数码）的过程称为采样过程，简称采样。2.采样开关：实现采样的装置称为采样开关或采样器。通常用表示。采样控制系统的典型结构图脉冲控制器8.1离散系统及基本概念3.采样开关的工作原理：对于连续信号e(t)，采样开关闭合时，e(t)通过，开关输出端信号为e(t)；采样开关开启时，开关输出端信号为0。采样开关以一定的时间间隔开启或闭合时，输出为脉冲序列,是连续信号在某些时段上的信息。8.1离散系统及基本概念脉冲控制器4.采样方式：(1)周期采样：采样开关等时间间隔开闭

5、。(2)随机采样：采样开关开闭的时间间隔是随机的。(3)同步采样：多个采样开关等周期同时开闭。(4)非同步采样：多个采样开关等周期但不同时开闭。(5)多速采样：各采样开关以不同的周期开闭。8.1离散系统及基本概念脉冲控制器5.周期采样：采样周期：采样的相等时间间隔，用表示，单位为(s)。采样频率：，单位为（1/s）。采样角频率：，单位为（rad/s）。采样时刻：采样瞬时。采样持续时间：采样器闭合时间，用表示。为简化系统的分析，可以认为趋于零，采样器的输出可以近似地看作理想脉冲。8.1离散系统及基本概念脉冲控制

6、器6.信号恢复：把脉冲序列转变为连续信号的过程称为信号复现过程。7.保持器：实现信号复现过程的装置称为保持器。零阶保持器8.1离散系统及基本概念脉冲控制器数字控制系统：数字控制系统的典型结构图计算机作为系统的控制器，其输入输出只能是二进制编码的数字信号，而系统中的被控对象和测量元件的输入输出是连续信号，所以在需要应用A/D和D/A转换器，以实现两种信号的转换。8.1离散系统及基本概念1.A/D转换器把连续的模拟信号转换为时间上离散的、幅值上整量化的数字信号（二进制的整数）。A/D转换的两个过程：（1）采样过程

7、：即每隔T秒对连续信号进行一次采样，得到采样后的脉冲序列。（2）量化过程：脉冲序列经过量化后变成数字信号，也称为编码过程。一般要求A/D转换器具有足够的字长（8bit、10bit、12bit、14bit），要求量化单位q足够小。这样由量化引起的幅值的断续性可以忽略不记。同时，若认为采样编码的时间可以忽略，这时数字信号可以看成脉冲信号。A/D转换器可以认为采样周期为T的理想采样开关。作用：8.1离散系统及基本概念2.D/A转换器把离散的数字信号转换成连续模拟信号。D/A转换的两个过程：（1）解码过程：把离散数字

8、信号（即数码）转换为离散的模拟信号（即脉冲序列）的过程。（2）复现过程：经过保持器将离散的模拟信号（即脉冲序列）复现为连续的模拟信号（即连续信号）。经过转换后的信号只是一个阶梯信号，但是，当采样频率足够高时，将趋近于连续信号。作用：D/A转换器可以用保持器取代。8.1离散系统及基本概念可见，采样控制系统和数字控制系统只是在连续信号和离散信号的相互转换方式上各有不同，二者都可以用下面的方框图表示。数字