自动控制理论二上篇.ppt

经典控制理论的局限性： 1. 它只适用于单输入单输出线性定常系统。不能描述系统内部的结构及其状态变量，对于时变系统、多输入多输出系统和复杂的非线性系统则无能为力； 2. 只能根据超调量、调节时间、幅值裕度、相角裕度等性能指标来设计校正装置，无法确定哪种系统最优； 3. 无法考虑初始条件对系统的影响，并且不便于在线使用计算机进行分析和设计。 上篇 线性离散系统的分析与校正 Ch1 离散系统分析的数学基础 Ch2 离散系统的数学描述 Ch3 离散系统分析 Ch4 离散系统设计 下篇 线性系统的状态空间分析与综合 Ch1 线性系统的状态空间描述 Ch2 线性系统的运动分析 Ch3 线性系统的可控性与可观测性 Ch4 线性定常系统的线性变换 Ch5 李雅普诺夫稳定性分析 Ch6 线性定常系统的反馈结构及状态观测器 数字控制系统：以数字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. 又称为计算机控制系统。 1 A/D转换器（模/数转换器） A/D转换器：将连续的模拟信号转换成离散的数字 信号的装置。 包括采样过程和量化过程。 D/A转换器（数/模转换器） D/A转换器：将离散数字信号转换成连续模拟信 号的装置。 包括解码过程和复现过程。 3 数字控制系统的典型结构图 4 数字控制系统的特点 三 香侬采样定理 保持器的数学描述 保持器是一种时域外推装置。将输入脉冲 在采样间隔时间内按某种规律保持到下一个采 样时刻，并由下一个采样时刻的采样值所取代。 例7-13 用部分分式求 如上例采用如下计算步骤就很麻烦, 二 线性常系数差分方程及其解法 2 线性差分方程的解 例： 脉冲传递函数的定义 二 脉冲传递函数的物理意义 3. 闭环系统的脉冲传递函数计算 输入端无采样开关系统的C(z)计算 表7-3：第5项 表7-3：第6项 关于稳态误差，注意以下几个概念 系统的稳态误差只能在系统稳定的前提下求得，如果系统不稳定，也就无所谓稳态误差。 稳态误差为无限大并不等于系统不稳定，只表明该系统不能跟踪所输入的信号。 上面讨论的稳态误差只是由系统的构造及外界输入作用所决定的原理误差，并非是由系统元部件精度引起的。 可以不讲！或结合研究生学习前景和我系科研，讲授动态展望。 在最少拍设计时， 及 的选取应遵循下述原则： 1） 的分子中必须包含(1-z-1)m因子； (保证系统稳态误差为零) 2）以z-1为变量的 展开式的项数应尽量少; (保证随动系统为最少拍系统) 3） 的分母与分子多项式阶次之差应大于、等于G(z)的分母与分子多项式的阶次之差 ; (保证D(z)是物理可实现的有理多项式 ) 4） 的零点必须包含G(z)中位于单位圆上及单位圆外的极点;（保证闭环系统稳定） 5） 的零点必须包含G(z)中位于单位圆上及单位圆外的零点;（保证控制器D(z)稳定） 6） 中必须包含G(z)中的纯延迟环节. （保证控制器是物理可实现的） 三．典型的最少拍系统设计 所谓典型最少拍系统设计，是指在G(z)无延迟，且不含不稳定零点和不稳定极点（即不含单位圆上和单位圆外的零极点），且G(z)的分母多项式最多比分子多项式高一次这样的条件下，设计最少拍系统在不同典型输入作用下的数字控制器脉冲传递函数D(z) 。 注：在上述条件下构造 和 时，只需考虑六条设计原则中的前三条即可，故取 就可满足前三点要求。 1）单位阶跃输入时设计最少拍系统的数字控制器D(z) 当r(t) = 1(t)时， ，则 得数字控制器脉冲传递函数为： 误差脉冲序列和输出脉冲序列的Z变换为： 根据Z变换的定义式 知： 图4-13 最少拍系统的单位阶跃响应序列 说明：最少拍系统经过一拍便可完全跟踪输入r(t) = 1(t) ，这样的离散系统称为一拍系统，其调节时间ts=T。 r(t) 2）单位斜坡输入时设计最少拍系统的数字控制器D(z) 当r(t) = t时， ，则 得数字控制器脉冲传递函数为： 误差脉冲序列和输出脉冲序列的Z变换为： 根据Z变换的定义式 知： 图4-14 最少拍系统的单位斜坡响应序列 说明：最少拍系统经过二拍便可完全跟踪输入r(t) = t ，这样的离散系统称为二拍系统，其调节时间ts=2T。 3）单