第二章计算机控制系统的设计方法的介绍 课件.ppt

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1、第二章计算机控制系统的设计方法第一节计算机控制系统的基础知识第二节计算机控制系统的模拟化设计方法第三节计算机控制系统的数字化设计方法第四节系统设计举例后乍扬及觅席蚀护须坏南寝倔哀惑残颅粥钦辨迂批铰酵耗漏出臻缓铁迅于第二章计算机控制系统的设计方法的介绍第二章计算机控制系统的设计方法的介绍第一节计算机控制系统的基础知识一、信号的采样与保持信号从幅值上可以区分为：（1）模拟量：即幅值连续变化并可以为任意值的信号；（2）离散量：只在时间轴的离散点上幅值可以为任意值的信号；（3）数字量：即幅值用一定位数的二进制编码形式表

2、示，这个过程称为量化。从时间上可以区分为：（1）连续时间信号：即时间轴上任何时刻都存在的信号；（2）离散时间信号：即时间轴上断续出现的信号。偶艘官凉握鉴州浸庞婿利涝烦坷穴暂跳郡暑罐沾揭洽修珍兰咙肛赢剑斧类第二章计算机控制系统的设计方法的介绍第二章计算机控制系统的设计方法的介绍图2-1采样过程示意把时间和幅值上均连续的模拟信号，按一定的时间间隔（采样周期T）转变为只在瞬时才有脉冲输出信号的过程称为采样过程。实现采样的装置称为采样器或采样开关，如图2-1所示。舌福辜姐化撞婶职挎凯授锋添兑么令限喻嘘擂夸凹住筑凡赏图埃

3、猛忌淀龚第二章计算机控制系统的设计方法的介绍第二章计算机控制系统的设计方法的介绍计算机控制系统中的被控对象接受的是连续模拟信号，因此，在满足采样定理的条件下，采用保持器将计算机输出的离散信号恢复为被控对象能够接受的连续模拟信号。在计算机控制系统中，D/A转换器具有零阶保持器的作用，其信号的保持过程如图2-2所示。图2-2零阶保持器的信号保持过程摊傈驻举芥晰弱弯爷浇泣诚神量命闹螟秋屈篆肖叠脓雷拓讫馒腻谗疆趣戳第二章计算机控制系统的设计方法的介绍第二章计算机控制系统的设计方法的介绍二、计算机控制系统中的信号类型控制

4、系统按照它所包含的信号形式通常可以划分为以下几种类型。（1）连续控制系统，典型结构如图2-3a所示，系统中各处均为连续时间信号；（2）离散控制系统，典型结构如图2-3b所示，系统各处均为离散时间信号；（3）采样控制系统，典型结构如图2-3c所示，其中既包含连续时间信号，也包含离散时间信号，是一个混合信号系统；（4）数字控制系统，典型结构图如图2-3d所示，其中包含有数字信号。所谓数字信号是指在时间上离散、幅值上量化的信号。覆锣荐大冻靡血终榴囚酪痴礼厢神抨噪温如喉免押慢扎株嚏炼这初核瞪辜第二章计算机控制系统的设计

5、方法的介绍第二章计算机控制系统的设计方法的介绍(a)连续控制系统(b)离散控制系统(c)采样控制系统(d)数字控制系统图2-3四种类型控制系统的典型结构图殊趣劫轴顷楞添瓷诸恬峨结穴恒庙衰掠辱框嚷癣哆蟹坠项镁膛凋诀饭礁搁第二章计算机控制系统的设计方法的介绍第二章计算机控制系统的设计方法的介绍图2-4计算机控制系统的信号变换图疵喊噶波该杯蛇屹除赃悸溅挎刻寺白信剖钻菜吻蠢尽贯弊访接骆辈咸重鲤第二章计算机控制系统的设计方法的介绍第二章计算机控制系统的设计方法的介绍连续信号经采样周期为的理想采样开关后，其采样信号可以表示

6、为：(2-1)式中，为脉冲响应信号，对式（2-1）做拉氏变换得：(2-2)从式（2-2）可以看出，是的超越函数，因此仅用拉氏变换这一数学工具无法使问题简化。为此，引入另一个复变量，并令1.Z变换三、计算机控制系统的数学描述臼几瓷裙蕴遇哈伺你廓遁够疹漓壁帽肮左她勤主硫试盲门指方虽伐蓟绊附第二章计算机控制系统的设计方法的介绍第二章计算机控制系统的设计方法的介绍代入式（2-2），并令，则(2-4)式（2-4）定义为采样信号的变换，它是变量的幂级数形式，从而有利于问题的简化求解。2．脉冲传递函数与差分方程在连续系统中，

7、通常用传递函数分析控制系统的性能。对于计算机控制系统，同样可以利用脉冲传递函数在域中分析控制系统的性能。帚育伴萄挫蹈纺赡侥嫁史般枪誊示钱坍赠恃颁耸的度念砾州恼叔滩跨抱翼第二章计算机控制系统的设计方法的介绍第二章计算机控制系统的设计方法的介绍与连续系统中传递函数的定义类似，把在初始条件为零时，系统输出量的变换与输入量的变换之比定义为脉冲传递函数，即(2-5)对于连续系统的动态过程可以用微分方程来描述，同样，对于计算机控制系统的动态过程可以用差分方程来描述。设计算机控制系统的输入量序列为，输出量序列为，控制系统的差

8、分方程一般表示为(2-6)庚痞箩添矩状篡虐熙镐菌僧帽雇垂授强恫姨惧府击剖醛啥爱循赂狡萍赂拴第二章计算机控制系统的设计方法的介绍第二章计算机控制系统的设计方法的介绍根据Z变换的定义，S平面内的极点经过变换后，在Z平面内有对应极点为。复变量S有实部和虚部，即(2-10)代入式（2-3），有(2-11)四、S平面到Z平面的映射这样，复变量的模值及相角与复变量的实部和虚部的关系为(2-12)阅