第4章 补充采样系统概述.ppt

1、第4章 常规及复杂控制技术,补充：采样系统概述,1、模拟调节器控制系统,自动化控制系统的核心是控制器。控制器的任务是按照一定的控制规律，产生满足工艺要求的控制信号，以输出驱动执行器，达到自动控制的目的。在传统的模拟控制系统中，控制器的控制规律或控制作用是由仪表或电子装置的硬件电路完成。其控制系统结构图如下图,图1 模拟控制系统结构图,2、计算机数字控制系统,首先通过A/D对控制参数进行采样，将其转换为数字量。控制器用数字调节器来实现各种控制算法。运算结果由D/A输出，并通过执行机构去控制生产过程。控制器的控制规律或控制作用是由计算机来完成的。,图2 计算机控制系统原理图,计算机控制系统的工作过

2、程： （1）计算机系统每隔T秒启动A/D转换，A/D将模拟输入变成数字量B（k），并寄存在寄存器中，直到存入下一次转换结果为止。所以A/D可等效于理想采样开关。等效的条件是：A/D转换时间TA/D远小于采样周期T，且远远小于系统连续部分的惯性时间常数。实际中这两个条件通常总能满足。 （2）控制算法计算及控制输出：u(k)=fe(k),r(k)，输出给D/A。计算机相当于一个数字调节器和一个虚拟采样开关相串联的电路。 （3）计算机输出u(k)，D/A立即将其变换成模拟量u(t)，并且一直保持到下一次输出新的u(k)为止，所以D/A相当于一个零阶保持器。 图2 计算机控制系统原理图变成下图：,图3

3、 计算机控制系统结构图,3、控制系统设计方法 图3所示系统由计算机和模拟对象组成，系统中数字与模拟两部分由A/D、D/A连接起来，这样的系统也称为混合数字系统。工程中大多数是这样的系统。 方法 一：连续化设计方法 由于A/D、计算机、D/A构成的组合体的输入输出都是模拟量，被控对象是模拟量，所以该系统可以看成是一个连续变化的模拟系统。这样就可以用连续系统的理论进行动态分析和设计，得到D(s)，再将D(s)变成数字控制算法。这种设计方法称为连续化设计方法或模拟化设计方法，或称为间接设计法。 基本思路是：当系统的采样频率足够高时，采样系统的特性接近于连续变化的模拟系统，因而可以忽略采样开关和零阶保

4、持器，从而用S域方法设计校正器D(s)，再使用S域到Z域的离散化方法求得离散传递函数D(z)。其本质是将一个模拟调节器离散化，用数字调节器取代模拟调节器。,方法二；离散化设计方法 由于D/A、计算机、A/D构成的组合体的输入、输出都是数字量，这一系统又具有离散系统的特性，因而也可以用Z变换法来分析。图三变为下图：,它采用离散系统的理论，被控对象用离散模型表示，用Z变换方法，根据希望的特性，直接设计数字调节器。,计算机控制系统的设计，是指在给定系统性能指标的条件下，设计出控制器的控制规律和相应的数字控制算法。 本章主要介绍计算机控制系统的常规控制技术 常规控制技术介绍数字控制器的连续化设计技术和离散化设计技术 连续化设计：采样周期短、控制算法简单的系统。忽略零阶保持器和采样器，求出系统的连续控制器，以近似方式离散化为数字控制器。 离散化设计：采样周期长的或