信号的采样与保持课件

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1、1.采样控制系统2.数字控制系统3.离散控制系统的特点4.离散系统的研究方法7-1离散系统的基本概念(2)采样系统的典型结构图根据采样器在系统中所处的位置不同，可以构成各种采样系统。a.开环采样系统：采样器位于系统闭合回路之外，或系统本身不存在闭合回路。b.闭环采样系统：采样器位于系统闭合回路之内。而在实践中用得最多的是：误差采样控制的闭环系统。误差采样：采样开关设在误差比较点之后。s:采样开关，τ→0Gh(s)：保持器传递函数，Gp(s):被控制对象传递函数，H(s):反馈元件传递函数Gh(s)Gp(s)H(s)Se(t)e*(t)eh(t)c(t)r(t)图7-4采

2、样系统典型结构图1.采样控制系统2.数字控制系统3.离散控制系统的特点4.离散系统的研究方法7-1离散系统的基本概念数字控制系统中的连续信号和数字信号的转变是由A/D（模/数）、D/A（数/模）转换器完成的。A/D、D/A转换器是计算机控制系统中的两个特殊环节。2、数字控制系统A/DD/A数字控制器被控对象测量元件e*(t)数字计算机r(t)e(t)u*(t)uh(t)c(t)_图7-6计算机控制系统典型原理图(1)A/D转换器：模数转换器，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。A/D转换包括两个过程：一是采样过程；二是量化过程。(2)D/A转换器：数模转换器，将离散的

3、数字信号转换为连续的模拟信号。包括：一是解码过程，把离散数字信号转换为离散的模拟信号；二是复现过程，需要经过保持器将离散模拟信号复现为连续的模拟信号。1.采样控制系统2.数字控制系统3.离散控制系统的特点4.离散系统的研究方法7-1离散系统的基本概念3、离散控制系统的特点采样和数字控制技术与连续系统相比有以下特点：1)、由数字计算机构成的数字校正装置效果比连续校正装置好，而且由软件实现的控制规律、易于改变，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，从而提高了系统的抗干扰能力。3)、允许采用高灵敏度的控制元件，提高系统的控制精度。4)、可以用一台计

4、算机分时控制若干个系统，提高设备的利用率。5)对于大延迟系统，可引入采样的方式稳定。4、离散控制系统的研究方法连续系统用微分方程、传递函数、频率特性建立数学模型;而离散系统采用z变换法建立离散系统的数学模型。通过z变换处理后的离散系统，可以把用于连续系统中的许多方法，如稳定性分析、稳态误差计算、时间响应分析以及系统校正方法等经适当等效变换后，直接用于离散系统的分析和设计中。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第七章线性离散系统的分析与校正

5、在离散系统中，一方面要把连续信号变成脉冲信号，以供数字控制器使用，需要使用采样器；另一方面，为了控制系统中的连续元部件，又需要使用保持器将脉冲信号变成连续信号。7-2信号的采样与保持采样过程采样过程的数学描述香农采样定理采样周期的选取信号保持1、采样过程采样过程可以用一个周期性闭合的采样开关来表示，采样器每隔T秒闭合一次，闭合时间为τ；采样器的输入e(t)为连续信号；输出e*(t)为宽度等于τ的调幅脉冲序列e(tn)在t=0时，s闭合τ秒，此时e*(t)＝e(t)在t=τ后，s打开，此时e*(t)＝0在t=T秒时，s又闭合τ秒，e*(t)＝e(t)e(t)te*(t)t

6、τT+τT图7-10实际采样过程STe(t)e*(t)(τ)(a)(b)(c)其中，δ(t-nT)是出现在时刻t=nT时、强度为1的单位脉冲。(a)(b)(c)图7-11理想采样过程由于τ很小，τ<

7、拉氏变换由位移定理：对e*(t)进行拉氏变换，可得(7-4)说明，δ(t)函数仅在[0－，0＋]起作用，而t＝0时，e-st=1所以采样信号的拉氏变换形式:注意：e(nT)与e-nTs的区别，e(nT)是连续信号在t=nT时的值;e-nTs是以s为变量的指数函数。例7-3设连续信号为e(t)=1(t)，求脉冲序列e*(t)的拉氏变换。解：上式是一个等比数列，公比为：q=e-Ts，而e-Ts＜1，由无穷递减等比数列求和公式：例7-4：设e(t)=e-att≥0a为常数，求E*(s)解：用nT代替e(t)中的t，则有：上式无穷递减等比数列的公