自动控制原理 第六章 采样系统分析.pptx

自动控制原理

(AutomaticControlTheory)

第六章采样系统分析6.1引言6.2信号的采样与保持6.3Z变换理论6.4采样系统的脉冲传递函数6.5采样系统分析由于进出数字计算机的信号都是断续的数字信号，因此，必须将原来的连续信号变成断续的信号，及采样信号。这样的控制系统必然在一处或几处出现脉冲信号或离散信号，这类系统称为采样控制系统。

36.1引言由于电子计算机进入自动控制领域，出现了数字计算机控制系统。可以说计算机与自动控制的结合，使自动化技术进入了崭新的前所未有的发展阶段。出入数字计算机的信号都是断续的数字信号，故必须将原来的连续信号变成断续信号，即采样信号。从某种意义上理解，采样信号具有人为的性质。这样的控制系统必然在某一处或几处出现脉冲信号或数码信号，通常称之为采样控制系统。采样控制系统由于其控制对象本身是连续信号部件，因而它与离散系统有所区别；又由于其输出信号及控制作用的给定都是以数码形式出现的，因而它又与连续系统有所区别。

4总的来说，采样系统的分析与设计是按离散系统的方法来处理的，所以常常把它归结为离散系统。严格地说，这两者是有区别的，主要表现在采样信号与离散信号的描述上。采样信号（或函数）是在整个实数轴上取值，其定义域是一维数集，而离散信号（或函数）则是实数轴上取正整数，其定义域是孤立点集。离散信号是一类客观存在的信号，如雷达系统中的脉冲序列信号，数字系统中的二进制数码以及电报信号等，而采样信号是连续信号经采样器采样后人为地得到的，其周期可视实际需要而定。

56.2信号的采样与保持6.2.1.采样过程如图所示计算机控制系统，被控对象是在连续信号作用下工作的，其控制信号、输出信号c(t)及其反馈信号、参考输入信号r(t)等均为连续信号，而计算机的输入、输出信号是离散的数字信号。DA/)(tr)(tc数字计算机)(tfAD/)(te)(kTe)(kTu)(1tu被控对象反馈装置图6.1计算机控制系统框图

6由于计算机处理的是二进制的数椐，其输入信号不能是连续信号，所以误差信号要经过模/数转换器（A/D）变成计算机能接受的数字信号。这种将连续信号变为离散信号的过程称为采样。实际采样装置是多种多样的，但无论其具体实现如何，其基本功能可以用一个开关来表示，通常称为采样开关。连续信号加在采样开关一端，采样开关以一定规律开闭，另一端便得到离散信号。采样开关每次闭合时间极短，可以认为是瞬间完成。这样开关闭合一次，就认为得到连续信号的某一时刻的值。这样的采样开关称为理想采样开关，以后所说的采样开关都是指理想采样开关，简称为采样开关。

7如果采样开关是等时间间隔采样，则称为普通采样、均匀采样、周期采样等。采样间隔时间称为采样周期，常用T表示。如果采样的时间间隔是时变的，则称为非周期采样、非均匀采样等。如果采样开关采样的时间间隔是随机的，则称为随机采样。一个离散系统中往往存在多个采样开关。如果系统中所有采样开关同时采样，则称为同步采样，否则称为非同步采样。如果所有采样开关都是均匀采样，但采样周期不等，则称为多速采样。信号的采样过程：通过采样开关将连续信号离散化，转变为脉冲序列信号；信号的保持过程：通过信号保持器将离散信号连续化；两者互为逆过程；

8采样和采样器将连续信号变为离散信号（脉冲序列）的过程称为采样；实现采样的装置称为采样器。采样器是离散系统的基本元件，每隔一段时间，开关闭合一次，使输入信号通过。采样过程

9有关概念A/DD/A数字控制器被控对象测量元件e*(t)数字计算机r(t)e(t)u*(t)uh(t)c(t)_计算机控制系统典型原理图2.离散系统：系统中有一处或多处为离散信号的系统称离散系统。典型的计算机控制系统即为离散系统的一种。其原理图如下：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。1.离散信号：仅定义在离散时间上的信号称离散信号，离散信号以脉冲或数码的形式呈现。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。

10离散控制系统的特点结构简单、控制灵活检测器精度可以做得很高，则控制精度高抗干扰性好：除非扰动和离散信号同时出现才会受到干扰便于远距离传递。

116.2.2采样信号的数学描述1、几点假定（理想化）采样开关应能立即开或闭；通过采样开关的输出不发生畸变；采样时间(即采样装置闭合的时间)τ远小于采样周期T，分析时可以近似认为趋近于零；开关闭合时，其输出为常数；等采样周期，即采样周期T为常数。2、单位脉冲函数为单位脉冲函数，脉冲