自动控制原理_胡寿松_第七章_线性离散系统的分析与校正ppt课件.ppt

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1、第七章线性离散系统的分析和校正脉冲技术、数字式元部件、数字计算机，特别是微处理器的发展，数字控制器在许多场合取代了模拟控制器。离线系统理论是分析和设计数字控制系统的基础理论。离散系统与连续系统相比，既有本质上的不同，又有分析研究方面的相似性。（Z变换）本章主要讨论线性离散系统的分析和校正方法。首先建立信号采样和保持的数学描述，然后介绍z变换理论和脉冲传递函数，最后研究线性离散系统稳定性和性能的分析和校正方法。本章内容7-1.离散系统的基本概念7-2.信号的采样和保持7-3.Z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.

2、离散系统的动态性能分析7-7.离散系统的数字校正7-8.Matlab在离散系统中的应用7-9.离散控制系统设计7-1.离散系统的基本概念本节内容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1.采样控制系统（也称脉冲控制系统，时间上离散，幅值上连续）检流计是一个高灵敏度的元件，不允许指针与电位器之间有摩擦力，故由凸轮带动检流计指针周期性的上下运动。若被控对象是高炮，惯性小，精度要求高，快速性好，则需要保持。某些高灵敏度的检测器只能提供离散检测信号。炉温控制系统用热电偶足以。1）信号采样和复现采样：把连续信号转变为脉冲序列

3、的过程称为采样过程，简称采样，实现采样的装置称为采样器，或称采样开关。在实际应用中，采样开关多为电子开关，闭合时间极短，采样持续时间远小于采样周期，也远小于系统连续部分的最大时间常数。为了简化系统分析，可以认为趋于零，即把采样器的输出近似看成是一串理想脉冲，数值等于相应采样瞬时误差信号的幅值。复现：在采样控制系统中，把脉冲序列转变为连续信号的过程称为信号复现过程。实现复现过程的装置称为保持器。零阶保持器（外推）2）采样系统的典型结构采样系统的典型结构图在各种采样控制系统中，用的最多的是误差采样控制的闭环采样系统，其典型结构如上图所示。图中，为理想采样

4、开关，其采样瞬时的脉冲幅值，等于相应采样瞬时误差信号的幅值，且采样持续时间趋于零；为保持器的传递函数；为被控对象的传递函数；为测量变送反馈元件的传递函数。当采样开关和系统其余部分的传递函数都具有线性特性时，这样的系统就称为线性采样系统。2.数字控制系统（也称计算机控制系统，时间和幅值上都是离散的）计算机控制系统典型原理图严格讲，此图不一定对。被控对象中包含了放大器，执行器等再看一例计算机控制系统：P9，图1-123）数字控制系统的典型结构图转换器是把连续的模拟信号转换为离散数字信号的装置。它的转换包括两个过程：一是采样过程；二是量化过程，计算机中任何

5、数值的离散信号必须表示成二进制数才能进行运算。转换器是把离散的数字信号转换为连续的模拟信号的装置。它的转换也经历两个过程：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，经过保持器将离散的模拟信号复现为连续的模拟信号。1）2）数字控制系统典型结构图此图将数字控制器的控制律用线性连续系统传递函数来代替了。3.离散控制系统的特点采样和数控技术，在自动控制领域中得到了广泛的应用，其主要原因是采样系统，特别是数字控制系统较之相应的连续系统具有一系列的特点：1）由数字计算机构成的数字校正装置，效果比连续式校正装置好，且由软件实现的控制律易于改变

6、，控制灵活。2）采样信号，特别是数字信号的传递可以有效的抑制噪声，从而提高了系统的抗扰能力。3）允许采用高灵敏度的控制元件，以提高系统的控制精度（有些高灵敏度的检测元件提供的检测信号就是离散的）。4）可用一台计算机分时控制若干个系统，提高了设备的利用率，经济性好。5）对于具有传输延迟，特别是大延迟的控制系统，可以引入采样的方式稳定。4.离散系统的研究方法由于在离散系统中存在脉冲或数字信号，如果仍沿用连续系统中的拉氏变换方法来建立系统各个环节的传递函数，则在运算过程中会出现复变量s的超越函数。为了克服这个障碍，需要采用Z变换法建立离散系统的数学模型。通

7、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，例如稳定性分析、稳态误差计算、时间响应分析及系统校正方法等，经过适当改变后直接用于离散系统的分析和设计中。另外，离散系统的状态空间法也是广泛应用。7-1.信号的采样和保持本节内容1.采样过程2.采样过程的数学描述3.香农采样定理（必考）4.采样周期的选取5.信号保持离散系统的特点是，系统中一处或数处的信号是脉冲序列或数字序列。为了把连续信号变换为脉冲信号，需要使用采样器；另一方面，为了控制连续式元部件，又需要使用保持器将脉冲信号变换为连续信号。因此，为了定量研究离散系统，必须对信号的采样过程和

8、保持过程用数学的方法加以描述。1.采样过程实际采样过程理想采样过程理想采样过程对于具有有限脉冲宽度的采样系统