《自动控制原理》（第六版）课件：第7章 线性离散系统的分析与校正1

1、第七章第七章 线性离散系统的分析与校正线性离散系统的分析与校正3第七章 线性离散系统的分析与校正7-1 离散系统的基本概念 如果控制系统中的所有信号都是时间变量的连续函数，则称为连续（时间）系统； 如果控制系统中的有一处或几处信号是一串脉冲或数码，则称为离散（时间）系统 。 4第七章 线性离散系统的分析与校正7-1 离散系统的基本概念 根据离散信号形式的不同，离散系统又可以分为两种：v 离散信号是脉冲序列形式的，称为采 样控制系统或脉冲控制系统；v 离散信号是数码形式的，称数字控制 系统或计算机控制系统。57-1 离散系统的基本概念1、采样控制系统 一般来说，采样系统是对来自传感器的连续信息在

2、某些规定的时间点上取值。 如果系统在固定时间间隔内取得离散信号，称这种采样为周期采样； 如果离散信号间的间隔是随机的，或时变的，则称非周期采样，或随机采样。 如果系统中有几个采样器，则他们应该是等周期且同步的。6炉温采样控制系统*( )e t0T2T3T4Tt71、采样控制系统（1） 信号采样与复现 把连续信号变成脉冲序列的过程，称采样过程，实现采样过程的装置及采样器，又称采样开关。采样器以T为周期开通和关断，就形成了一串脉冲序列。采样器实现信号的采样。 是连续的误差信号，经过理想的采样开关 s 后,变为一种脉冲序列 , T为采样周期， 为采样频率， 采样角频率。8 在实际应用中，开关多为电子

3、开关，闭合的时间极短，采样持续时间 远小于采样周期 T ，也远小于系统连续部分的最大时间常数，可认为 趋于零， 采样器的输出可近似看成一串强度等于矩形脉冲面积的理想脉冲 。*( )e t0T2T3T4Tt*( )e t0T2T3T4Tt09 采样器输出的系列脉冲，如果不经过滤波将其恢复成连续信号。两个脉冲间就会 出现一段无信号的时间间隔，在此间隔内，控制系统处在开环状态，抗扰性及控制质量都会受到严重影响。 因此要将这些脉冲序列变为连续信号，这个变换过程称信号复现过程，实现复现过程的装置称为保持器。保持器实现信号的复现。10（2） 采样系统的典型结构图 根据采样开关在系统中所处位置的不同，可有各

4、种采样系统。 1) 开环采样系统：采样器位于闭合回路之外，或者系统本身就没有闭合回路的采样系统。 2) 闭环采样系统：采样器位于闭合回路之内。 在各种采样控制系统中，用得最多的就是采样系统所示的误差采样控制系统。 11采样系统的典型结构图122、数字控制系统 数字控制系统是一种以计算机为控制器去控制具有连续工作状态的被控对象的闭环控制系统，因此，数字控制系统包括工作于离散系统下数字计算机和工作于连续状态下的被控对象两大部分。 由于数字控制系统的一系列优点及计算机技术的发展，该种系统在军事、航空及工业过程控制领域内都得到了广泛的应用。13计算机控制典型原理图A/DD/A数字控制器数字控制器被控对

5、象被控对象测量元件测量元件 数字计算机数字计算机r(t)e(t) uh(t) c(t) _ A/D：模数转换器，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。包括采样与量化两过程。 D/A：数模转换器，将离散的数字信号转换为连续的模拟信号。包括解码与复现两过程。)(*te*( )u t14 由于数字控制系统中传递的离散信号是数码形式，而对连续信号采样编码过程即将数码形式的离散信号变成连续信号，即解码过程，需要两个环节-A/D和D/A 。v 数字控制系统中的A/D和D/AA/D数字控制器D/Ae(t)(*te)(*tu) t (un(1) A/D：A/D转换器将模拟信号转变成离散数字信号。它包括两个过程

6、：一是采样过程，与前述相同；二是量化过程，即编码过程。任何离散信号在计算机中都要转换成二进制数，才能被计算机识别，采样信号e*(t)经量化后变成数字信号 。)(*te15 通常 A/D有足够的字长来表示编码，这可使量化单位 q 足够小，因此由量化引起的幅值断续性可以忽略。同时，如果认为采样编码过程可以瞬时完成，并用理想脉冲来等效代替数字信号，这时数字信号可以看成脉冲信号。A/D就可以用每隔 T 闭合一次的理想采样开关S来表示。（2）D/A： D/A转换器把离散的数字信号转变成连续的模拟信号。它也包括两个过程：一是将数码信号转变成脉冲信号，即解码过程；二是复现（保持）过程，即将脉冲信号变成连续的模拟信号。1617（3）数字控制系统的典型结构图A/D转换器用开关S1代替，数字计算机等效为Gc(s)和S2的串联组合， D/A转换器等效为Gh(s) ， S1和S2周期相同。( )r t( )e t*( )e t1S( )b t( )cG s( )u t*( )u t2S( )hG s( )hu t( )pG s( )Hs( )c t183、离散控制系统的特点1、由数字计算机构成的数字校正装置，控制效果比连续系统好，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