第八章离散控制系统ppt课件.ppt

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1、主要介绍关于数字采样系统的基本理论，在后续课程《计算机控制技术》中将应用该理论。基本概念1.采样过程及采样定理2.信号的恢复3.数学基础：Z变换数学模型1.差分方程2.脉冲传递函数离散系统的时域分析1.稳定性2.瞬态质量3.稳态误差第八章离散控制系统8.1引言前几章，我们讨论的都是连续控制系统，其输入输出都是时间的连续函数。采用微分方程来描述。近年来，随着电子技术，特别是计算机技术的发展，数字控制器逐渐取代模拟控制器，使绝大多数的精密控制系统和复杂的过程控制走向“数字化”。其精度、功能是模拟器件所无法比拟的。因此，作为分析和设计数字

2、控制系统的理论，离散控制系统理论近年来获得飞速发展。本章重点介绍线性离散系统的控制理论方法。离散系统与连续系统相比，虽然在本质上有所不同，但由于都属于线性系统，分析方法有很大的相似性，连续系统的许多概念都可以推广到线性离散系统。8.1.1离散系统的基本概念离散控制是一种断续控制方式，在实际系统中，都是人为的将连续信号离散化，称为采样。因此需要采样器：开关装置－－机械的或机电的，定时开关；或AD转换器。通过采样器，将连续模拟信号变为脉冲序列或数字信号(二进制数)，送到控制器或计算装置，对被控对象施加断续或阶梯状的控制等，故离散控制又称

3、为采样控制。早期的采样控制的例子是对某些大惯性或大延迟的系统的控制。下图为工业炉温自动控制系统。惯性＋延迟！+-K给定误差炉温放大器,执行电机阀门炉子开度转速炉温自动控制系统（模拟）K大时，造成往复调节，形成炉温大幅度振荡；K小时，系统迟钝，死区大，虽不振荡，但调节时间长，误差大。τ1很大，几秒到几十秒，T1也很大。K电动机减速器燃料测温电阻炉子给定电位器e(t)等待时间，电机不转，调节过头的现象受到制约，K可取大值，系统仍稳定。e*(t)e(t)采样器e*(t)t02TT3T4Te(t)t0采样过程τK1电动机减速器给定电位

4、器炉子燃料测温电阻e*(t)检流计电位器凸轮e(t)+-K给定e炉温放大器,执行电机阀门炉子开度转速e*炉温自动控制系统（采样控制）上述例子，通过机电开关将模拟量变为脉冲序列的离散控制，称为脉冲控制系统。这种早期的控制装置仍属于模拟控制装置，功能和精度均受到限制。现在基本都已经被数字控制器取代。特别是微型计算机的使用，其强大的逻辑判断功能和高速运算能力，将许多模拟控制器无法实现的功能得以用软件实现。同时它具有很好的通用性，可以很方便的改变控制规律。尤其当采用计算机控制多个生产过程时，上述优点更突出。+-数字控制器D/A被控对象测量

5、及变送r(t)e(t)e*(t)c(t)u*(t)A/Du(t)计算机控制系统框图（数字控制系统）离散系统的构成，关键是含有采样器件。一个实际的离散物理系统，总是离散部分和连续部分并存，两种不同类型的信号相互转换、传送。一般将两部分单独表示出来，如图所示。把离散的特点集中在采样器上，对信号进行调制；连续部分恢复信号并作用于对象上。8.1.2离散系统的定义及常用术语1.离散系统的几个定义☻离散系统：当系统中只要有一个地方的信号是脉冲序列或数码时，即为离散系统。信号仅定义在离散时间上。连续部分r(t)r*(t)c(t)☻数字控制系统：离

6、散信号是数码而不是脉冲序列。特点：时间上离散，幅值上用量化的二进制整数表示。使用ADC，可用一个理想的开关表示。☻脉冲控制系统：离散信号是脉冲序列。特点：时间上离散，幅值上任意，代表强度。000001010011100101T2T8T0T0001T0102T0103T0114T1005T101☻开环采样系统：当采样器在闭合环路之外，或系统本身就不存在闭环回路时，称为开环采样系统。☻闭环采样系统:指在闭合回路中含有采样器的系统。☻线性采样：当采样器输入与输出信号幅值之间存在线性关系时，称为线性采样。☻线性采样系统：当采样器和系统其余部

7、分都具有线性特性时，称为线性采样系统。2.离散系统常用术语采样把连续信号变成脉冲序列（或数码）的过程，叫采样。采样器实现采样的装置叫采样器。（机电开关，A/D模数转换器）周期采样采样开关等间隔开闭。同步采样多个采样开关等周期一起开闭。非同步采样所有采样开关等周期，但不同时开闭。多速采样各采样开关以不同周期开闭。随机采样开关动作随机，没有周期性保持器从离散信号中，将连续信号恢复出来的装置称为保持器。（低通滤波器，D/A数模转换器）1.离散系统信号转换的两个特殊环节8.1.3离散系统的特点采样器+-数字控制器保持器被控对

8、象反馈元件r(t)e(t)e*(t)c(t)u*(t)u(t)滤除高次谐波，减少噪声，提高控制质量。但有些系统也可以不用。其检测部分具有较高的灵敏度；离散信号的传递，可有效地抑制噪声，从而提高了系统的抗干扰能力，同时信号传递和转换的精