自动控制原理第8单元演示文稿课件.ppt

《自动控制原理第8单元演示文稿课件.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章采样控制系统内容提要采样控制系统与连续控制系统的根本区别在于采样系统中既包含有连续信号，又包含有离散信号，是一个混和信号系统。分析和设计采样系统的数学工具是Z变换，采用的数学模型是差分方程、脉冲传递函数。知识要点采样控制系统的特点，连续信号的离散化，采样定理，信号的恢复，Z变换，差分方程，脉冲传递函数，采样系统的分析，采样系统的校正，最小拍控制器。随着脉冲技术、数字式元部件、数字电子计算机，特别是微处理机的迅速发展，数字控制器在许多场合取代了模拟控制器。数字控制器的应用使得控制系统的本质发生了很大变化。因此必须用本章将要介绍的采样(或离散)控制理论来分析与

2、研究其控制性能。采样控制系统也称离散控制系统简称离散系统。离散系统与连续系统间的根本区别在于：连续系统中的控制信号、反馈信号以及偏差信号都是连续型的时间函数；而在离散系统中则不然，在一般情况下，控制信号是离散型的时间函数r*(t)，所以取自系统输出端的负反馈信号在和上述离散控制信号进行比较时，也需要采取离散型的时间函数b*(t)，于是比较后得到的偏差信号将是离散型的时间函数，即§8.1概述图8-1：离散系统结构图上述离散系统的方块图示于图8-1。图8-2：离散反馈信号在图8-1中，离散信号是由连续型的时间函数通过采样开关的采样而获得的。采样开关经一定时间T重复闭

3、合，每次闭合叫间为，且有

4、。因此，它包括工作于离散状态下的数字计算机(或专用的数字控制器)和具有连续工作状态的被控对象两大部分，其方块图如图8-5所示。连续的被控制信号y(t)或c(t)经反馈环节反馈到输入端与参考输入相比较，从而得到e(t)并经A／D得到偏差信号。离散的偏差信号经数字计算机的加工处理变换成数字信号，再经D／A转换为连续信号馈送到连续部分的执行元件去控制系统的被控制信号c(t)。图中采样开关的动作是同步的。为了实现工业过程的最优控制，就必须考虑全部的过程变量，即需将系统作为具有多输入—多输出形式的多变量系统来研究。同时还要考虑到经济因素、产品和设备性能等方面的要求。根据上

5、述要求构成的大系统，如果不采用数字计算机来控制．是根本无法完成既定任务的。这样的大系统是离散系统的一种高级形式。分析离散系统可以采用Z变换法，或状态空间法。复杂的计算机控制系统Z变换法和线性定常离散系统的关系，恰似拉氏变换法和线性定常连续系统的关系；因此，Z变换法是分析单输入-单输出线性定常离散系统的有力工具，它是本章的重点内容。状态空间法特别适用于多输入—多输出线性离散系统的分析。返回§8.2采样过程与采样定理8.2.1采样过程实现采样控制首先遇到的问题，就是如何把连续信号变换为脉冲序列的问题。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

6、称为采样过程。实现采样过程的装置叫采样器或采样开关。采样器可以用一个周期性闭合的开关来表示，其闭合周期为T，每次闭合时间为。在实际上，由于采样持续时间通常远小于采样周期T，也远小于系统连续部分的时间常数，因此，在分析采样系统时，可近似认为趋近于0。在这种条件下，当采样开关的输入信号为连续信号e(t)时，其输出信号e*(t)是一个脉冲序列，采样瞬时e*(t)的幅值等于相应瞬时e(t)的幅值，即e(0T)、e(T)、e(2T)……e(nT)，如图8-6所示。图8-6：实际采样过程采样过程可以看成是一个脉冲调制过程，采样开关相当于一个单位脉冲发生器，采样信号的调制过程

7、如图8-7所示。图8-7：采样信号的调制过程采样定理也称shannon定理，由于它给出了从采样的离散信号恢复到原连续信号所必需的最低采样频率，所以在设计离散系统时是很重要的。8.2.2采样定理关于采样定理做一简单介绍。则有(傅氏变换)上式表明，采样函数的拉氏变换式E*(s)是以jωs为周期的周期函数。另外，上式还表示了采样函数的拉氏变换式E*(s)与连续函数拉氏变换式E(s)之间的关系。一定条件下用jω代替上式中的复变量s，直接写出采样信号的频率特性：上式称为采样信号的频谱函数。它也反映了离散信号频谱和连续信号频谱之间的关系。一般说来，连续函数的频谱是孤立的，其

8、带宽是有限的，即上限频率