计算机控制系统教学李华第1-2章分解.ppt

计算机控制系统的工作原理 3.采样信号的复现和采样保持器 保持器 保持器是一种基于时域外推原理、把采样信号转换成连续信号，实现采样点之间的插值的元件。 零阶保持器 。 零阶保持器采用恒值外推原理，把每个采样值 一直保持到下一个采样时刻 ,从而把采样信号 变成了阶梯连续信号 。 图5 零阶保持器的功能 2．2 线性离散系统的数学描述方法 1. 差分方程 ——线性离散系统的差分方程 图6 连续系统和离散系统 （a）连续系统 （b）离散系统 2 . 差分方程的求解 例1 已知一个数字系统的差分方程为 输入信号 初始条件 ，试求解差分方程。 ，代入差分方程，得 解：令： 2．3 线性离散系统的Z变换分析法 1 . Z变换 对上式取拉氏变换： 令： 则： （1）只有采样函数 才能定义Z变换； 注意： （2）比较下面两式 中， 决定幅值， 决定时间。 （3）Z变换是由采样函数决 定的，它反映不了非采样时 刻的信息。 图7 采样值相同连续函数不同 例2 求单位阶跃函数的Z变换。 解： ，由Z变换定义有 将上式两端同时乘以 ,有 直接法 Z变换的求取 ① ② ①式减②式 则： 例3 已知 ，求F（z）。 解: 部分分式法 已知，具有N个不同的极点，有 个重极点（ =1，为单极点），则 ，求 。 例4 已知 解: ， 留数法 若 , 2. Z反变换 长除法 例5 用长除法求函数 的Z反变换。 解： 部分分式法 例6 用部分分式法求 的Z反变换。 解： （查表2—1 ） 留数计算法 例7 用留数计算法求 的Z反变换。 根据留数定理 3.用变换解差分方程 用变换求解差分方程主要用到变换的平移定理。 例8 用Z变换解下列差分方程： 初始条件为： 解： 对上式进行Z变换得 由线性定理: 由超前定理: * 第1章 计算机控制系统概述 计算机控制系统是计算机技术与自动控制理论、自动化技术以及检测与传感技术、通信与网络技术紧密结合的产物。利用计算机快速强大的数值计算、逻辑判断等信息加工能力，计算机控制系统可以实现常规控制以外更复杂、更全面的控制方案。计算机为现代控制理论的应用提供了有力的工具。 本章主要介绍计算机控制系统的基本概念、结构组成、特点、分类以及计算机控制系统的发展概况和趋势。 本章主要内容： 1．1 计算机控制系统的基本概念 计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。 自动控制，是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。 图1 计算机控制系统基本结构 1.实时数据采集 2.实时控制决策 3.实时控制决策 1．2 计算机控制系统的组成和特点 计算机控制系统由硬件和软件两部分组成。 硬件组成：主要由计算机系统（包括主机和外部设备）和过程输入输出通道、被控对象、执行器、检测变送环节等组成。 软件组成：系统软件和应用软件。 在计算机控制系统中，硬件和软件不是独立存在的，在设计时必须注意两者相互间的有机配合和协调，只有这样才能研制出满足生产要求的高质量的控制系统。 图2 计算机控制系统的组成框图 计算机控制系统的特点 在计算机控制系统中，被控制量通常是模拟量，而计算机本身的输入输出量都是数字量。因此，计算机控制系统大都具有数字—模拟混合式的结构。 模拟信号——时间上和幅值上都连续的信号。 离散模拟信号——时间上离散幅值上连续的信号。 数字信号——时间上离散，幅值也离散的信号。 采样——将模拟信号抽样成离散模拟信号的过程。 量化——采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转 换成数字信号。 图3 计算机控制系统中信号变换与传递 1．3 计算机控制系统的典型形式 1. 数据采集和监视系统 图4 数据采集和监视系统