第七章 采样控制系统.pdf

第七章 采样控制系统 第七章 采样控制系统  第一节 采样控制系统的基本概念  第一节 采样控制系统的基本概念  第二节 采样控制系统的数学基础  第二节 采样控制系统的数学基础  第三节 采样控制系统的脉冲传递函数  第三节 采样控制系统的脉冲传递函数  第四节 采样控制系统的稳定性分析  第四节 采样控制系统的稳定性分析  第五节 采样控制系统的稳态误差分析  第五节 采样控制系统的稳态误差分析  第六节 采样控制系统的动态性能分析  第六节 采样控制系统的动态性能分析  小结  小结 第一节 采样控制系统的基本概念 第一节 采样控制系统的基本概念 7.1.1 采样控制系统的基本结构 根据系统中信号的连续性来分，可把系统分为连续控 制系统和离散控制系统。在连续系统中，每处的信号都是 时间t的连续函数，这种信号称为连续信号或模拟信号。 而在离散系统中，至少有一处或几处的信号是时间t的离 散函数，称其为离散信号。离散信号可通过采样开关按照 一定的时间间隔对连续信号进行采样而得到，此时，又称 为采样信号，相应的控制系统亦称为采样控制系统。采样 控制系统的一般结构如图 7-1 所示。 图7-1 采样控制系统结构图 第一节 采样控制系统的基本概念 第一节 采样控制系统的基本概念 图7-1中，e(t)是连续信号，采样开关将e(t)离散化，变成一脉冲序列 e*(t)(*表示离散化)。e*(t)作为脉冲控制器的输入，控制器的输出为离散 信号。显然，这种信号不能直接驱动对象，需要经过保持器使之变成相应的 连续信号，去控制受控对象。 系统中，采样开关的作用如图7-2所示。采样开关每隔时间T闭合一次， T称为采样周期。采样开关每次闭合的时间为h，一般情况下，h T 。 在系统中，含有数字计算机或数字编码元件，一种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，就构成了数字控制系 统，也称为计算机控制系统，它是采样控制系统的另一种形式，系统的结构 图如图7-3所示。 图7-3 数字控制系统结构图 第一节 采样控制系统的基本概念 第一节 采样控制系统的基本概念 系统中的连续误差信号通过A/D转换器转换成数字 量，经过计算机处理后，再经D/A转换器转换成模拟量， 然后对被控对象进行控制。这里，若将A/D转换器和D/A 转换器的比例系数合并到系统的其他系数中去，则A/D转 换器相当于一个采样开关，D/A转换器相当于一个保持 器，此时图7-3可改画成图7-4所示。 图7-4 计算机控制系统典型结构图 第一节 采样控制系统的基本概念 第一节 采样控制系统的基本概念 7.1.2 采样过程与采样定理 1．采样函数的数学表示 从系统的结构看，采样控制系统与连续控制系统明显的不同之处是：系 统中有一个或若干个采样开关。通过采样开关，将连续信号转变成离散信 号，这个过程称为采样。 连续信号e(t)经过采样后变成了一脉冲序列。由于采样开关每次闭合的 时间h远小于采样周期T，也远小于系统中连续部分的时间常数，因此在分析 控制系统时可认为h趋于零。这样采样过程实际上可视为理想脉冲序列对e(t) 幅值的调制过程。采样开关相当于一个载波为的幅值调制器。采样过程如图 7-5所示。