采样控制系统分析基础
控制工程基础(总结)
输出：
xo
(t)
1 T
t
eT
,
t0
（3）一阶系统的单位速度响应
输入信号： xi (t) t
输出：
xo
(t
)
t
T
t
Te T
,
t0
系统对输入信号导数的响应等于系统对该 输入信号响应的导数。系统对输入信号积分 的响应等于系统对该输入信号响应的积分， 其积分常数由初始条件确定。
时间常数T反映了一阶惯性环节的固有特性， 其值越小，系统惯性越小，响应越快。
控制工程基础
课程总结
《控制工程基础》课程的基本内容
控制系统 工作 控制系统 的组成 原理 的分类
PID校正
控制系统的概念 分析
滞后校正
控制系统
校正
常用校 正方式
设计
对控制系统的基本要求
超前校正
滞后—— 超前校正
稳定性 准确性 快速性
时域分析法 频域分析法
一、控制系统的概念
1. 工作原理：
首先检测输出量的实际值，将突际值与给定值（输入 量）进行比较得出偏差值,再用偏差值产生控制调节信号 去消除偏差。
试判断系统的稳定性。
2．已知开环传递函数，求系统稳定时的某参数的取值。
设某闭环控制系统如图4所示，试确定k为何值时，该系统稳定？
Xi(s)
1
_ s 1
k s(s 4)
X0(s)
3．根据Nyquist图、Bode图直接判断。
五．方框图简化
基于方框图简化法则，试求取图所示方框图对应的传递函数。
Xi(s)
校正的实质就是改变系统零、极点数目和位置。
（二）常用校正方式 1.串联校正 2. 并联校正 3. 复合校正
材料试验机集成数据采集及控制系统
材料试验机集成数据采集及控制系统摘要在本文之中，主要是针对材料试验机集成数据采集以及控制的系统做出了全面的分析研究，在这个基础之上提出了下文中的一些内容，希望能够为同行业工作的人员提供一定价值的参考。
关键词材料；试验机；集成数据；控制系统；分析导言所谓的材料试验机，主要是为测定材料的机械以及结构强度等方面较为重要的一个仪器，也是广泛地应用到了水利、机械以及航空等部门之中，现如今我国依然是广泛使用WE系列液压万能材料的试验机，然而此种试验机存在着精度不足以及人为因素比较多的缺点，要是采取一刀切的方法，对现有的试验机进行淘汰，那么将会造成比较大的浪费。
所以通过现代先进的测试技术，对其现有的材料试验机进行改造，能够更好地实现自动检测以及自动处理数据，全面的去提高测量的精度。
1 测控系统的组成分析针对材料试验机而言，测控系统主要是采取了上和下位机的结构，根据PC 作为其上位机，以dilphi软件作为其开发的平台，进而负责管理方面的工作，更好地去实现实时图形的显示，数据可以存入Access数据库对其下位机发出相应的指令信号，以A VR单片机作为其下位机，也是负责对信号的采集以及现场对象的一个控制。
上、下位机通过串口通信更好地实现了管理以及操作[1]。
2 上位机的设计分析对于上位机而言，主要是根据Delphi作为其开发的平台，并且主要是采用了面向对象的编程技术，也是为新一代可视化的开发工具。
由于其功能较为强大而且操作简单、容易等方面的特点，因此，Dephi7开发的环境更好地实现了上位机的程序设计，并且也是完成了对下位机的监督控制和操作管理等方面的功能，能够分为数据的发送以及接收和数据的显示以及打印、存储等。
每一程序的功能主要如下所示：一是数据的发送以及接收的模块功能主要是和下位机能够实现通信，并且能够交换大量的数据，在主界面之中，主要是可以设置TButton的元件，从而打开串口以及关闭串口则是应用到对串口的控制，需要设置两个TbitBtn的元件数据传送以及停止传送则是应用到数据的传送。
控制基本模型-概述说明以及解释
控制基本模型-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述在控制理论和应用中，控制基本模型是指用于描述和分析控制系统的数学模型。
控制基本模型是控制工程师和研究人员研究和设计控制系统时的基础，它提供了系统动力学行为的描述以及控制方法的分析和设计。
控制基本模型可以采用多种形式，包括传递函数模型、状态空间模型和输入-输出模型等。
这些模型通常基于系统动力学方程和输出-输入关系来建立。
通过对模型进行数学分析和仿真实验，我们可以深入了解和预测控制系统的行为，并针对不同的应用需求进行优化设计。
本文将重点介绍控制基本模型的定义和控制方法的介绍。
首先，我们将详细讨论基本模型的定义，包括传递函数模型、状态空间模型和输入-输出模型的基本原理和特点。
然后，我们将介绍一些常用的控制方法，如比例积分微分控制（PID控制），模糊控制和自适应控制等。
这些控制方法可以根据系统的需求和特点来选择和应用。
通过本文的学习，读者将能够理解和掌握控制基本模型的概念和基本原理，了解不同类型的控制方法的适用范围和特点。
同时，读者还将能够应用所学知识来设计和优化控制系统，提高系统的性能和稳定性。
总之，控制基本模型是控制系统设计和分析的基础，具有重要的理论和实际意义。
通过研究和应用控制基本模型，我们可以不断改进和优化控制系统，提高系统的性能和效果。
1.2文章结构1.2 文章结构本文的目的是探讨控制基本模型，并介绍相关的控制方法。
为了更好地组织本文的内容，文章结构如下所示：引言部分将在1.1概述中简要介绍控制基本模型的背景和意义，并在1.3目的中明确阐述本文的研究目标。
正文部分将分为两个小节进行讲解。
首先，在2.1基本模型定义中，我们将详细阐述控制基本模型的定义和内容，包括其在控制系统中的作用和应用领域。
其次，在2.2控制方法介绍中，我们将介绍几种常见的控制方法，包括PID控制器、模糊控制和神经网络控制等，以及它们在控制基本模型中的应用。
结论部分将在3.1总结中对本文进行总结，回顾并强调本文的重点内容和研究成果。
《自动控制原理》教学大纲
自动控制原理》教学大纲一、课程的性质、地位与任务本课程是电力系统自动化技术专业的基础课程。
通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基础理论，并具有对简单连续系统进行定性分析、定量估算和初步设计的能力，学生将掌握自动控制系统分析与设计等方面的基本方法，如控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、状态空间分析法、采样控制系统的分析等基本方本课程系统地阐述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍了自动控制技术从建模分析到应用设计的各种思想和方法，内容十分丰富。
通过自动控制理论的教学，应使学生全面系统地掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律和基本分析与设计方法，以便将来胜任实际工作，具有从事相关工程和技术工作的基本素质，同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。
二、教学基本要求了解自动控制的概念、基本控制方式及特点、对控制系统性能的基本要求。
理解典型环节的传递函数、结构图化简或梅森公式以及控制系统传递函数的建立和表示方法，初步掌握小偏差线性化方法和通过机理分析建立数学模型的方法，以串联校正为主的根轨迹综合法，掌握常用校正装置及其作用。
熟悉暂态性能指标、劳思判据、稳态误差、终值定理和稳定性的概念以及利用这些概念对二阶系统性能的分析，初步了解高阶系统分析方法、主导极点的概念，能利用根轨迹对系统性能进行分析，熟悉偶极子的概念以及添加零极点对系统性能的影响。
频率特性的概念、开环系统频率特性Nyquist图和Bode图的画法和奈氏判据，了解绝对稳定系统、条件稳定系统、最小相位系统、非最小相位系统、稳定裕量、频指标的概念，以及频率特性与系统性能的关系。
基本校正方式和反馈校正的作用，掌握复合校正的概念和以串联校正为主的频率响应综合法。
三、教学学时分配表四、教学内容与学时安排第一章自动控制系统的基本知识……4学时本章教学目的和要求：掌握自动控制系统组成结构和基本要素，理解自动控制的基本控制方式和对系统的性能要求，了解一些实际自动控制系统的控制原理。
控制工程基础-计算机采样控制系统(2)
11
脉冲传递函数（10）
1.有采样开关分隔的两个环节串联时，其脉冲传递函数等于各 环节的脉冲传递函数之积。
X (z) G1(z) R(z)
C(z) G2 (z) X (z)
将X(z)代入C(z) C(z) G2 (z)G1zRz
Cz Rz
G1
z
G2
z
2.没有采样开关分隔的两环节串联时，其脉冲传递函数为各个
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第九章 计算机采样控制系统
15
脉冲传递函数（14）
令
G' p s Gp ss
并根据前面介绍的环节串、并联脉冲传递函数求取方法，参照上图
，则带保持器的广义控制对象脉冲传递函数
Gz
C1
z C2 U z
z
G1z
G2
z
G1z
C1 z U z
Z
Gp' s
Z
g p' t
G2z
1 G1H (z)
闭环传递函数 (z) 的推导步骤：
1) 在主通道上建立输出 C(z)与中间变量 E(z)的关系；
2) 在闭环回路中建立中间变量 E(z) 与输入 R(z) 的关系；
3) 消去中间变量 E(z)，建立C(z) 和 R(z) 的关系。
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第九章 计算机采样控制系统
21
脉冲传递函数（20）
Gz ZGs
即符号 ZGs、ZL1Gs 和 Z g*(t) 、 ZgkT 是等价的。
Gz Zg*(t) ZgkT ZL1Gs ZGS
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第九章 计算机采样控制系统
7
脉冲传递函数（6）
如果系统的输入为任意函数 的采样脉冲序列 r(kT) ，其Z变换
天津大学计算机控制系统——第6.1课 (理解)计算机控制系统理论基础—采样与保持
1 e −Ts 1 − e −Ts = Gh 0( s ) = L [ g (t ) ] =− s s s
再令s=jw，得零阶保 1 − cos (ωT ) + j sin (ωT ) 1 − e − jωT − j = = h 0 ( jω ) 持器的频率特性为： G jω ω
sin (ωT ) − j 1 − cos (ωT ) =
本章要点总结
总结
1. 2. 3. 4. 1. 2. 3. 4. 计算机控制系统的信号流程 采样定理 采样周期的选择 信号的恢复与保持 画出计算机控制系统信号流程，并说明。 采样周期的经验选择方法。 如何理解信号的恢复过程？ 零阶保持器存在哪些局限性？
作业
第六章 计算机控制系统理论基础
课程安排
• 与计算机控制系统相关的接口技术 • 计算机控制系统的输入输出通道 • 计算机控制数据预处理 • 计算机控制系统理论基础
讲课16学时
• 计算机控制系统分析 • 计算机控制系统设计（经典和现代）
计算机控制系统理论基础
本章结构 • 6.1 概述 • 6.2 采样与采样定理 • 6.3 信号的恢复与保持 • 6.4 Z变换和Z反变换 • 6.5 脉冲传递函数
模拟信号：定义在连续时间上的信号，且其幅值也是连续变
化的。
数字信号
计算机控制系统理论基础
本章结构 • 6.1 概述 • 6.2 采样与采样定理 • 6.3 信号的恢复与保持 • 6.4 Z变换和Z反变换 • 6.5 脉冲传递函数
6.2 采样与采样定理
1 什么是信号采样 把一个连续信号变为离散信号的过程成为采样
6.3 信号的恢复与保持
3 零阶保持器-幅相特性 其幅频特性和相频特性如图所示
北京工业大学2012年硕士研究生入学考试自命题科目内容及范围说明
建筑快速设计为公共、居住等类型建筑设计
505专业设计基础
考试工具由考生自备；不指定考试范围
506造型基础
考试工具由考生自备；不指定考试范围
610基础英语
相当于英语专业8级水平考试的：
1、词汇用法
2、阅读理解
3、短文英汉互译
4、根据所给题目及要求写议论文
619基础理论Ⅰ
考试工具由考生自备；不指定考试范围
8、单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器的基本功能。
804经济学原理
包括微观经济学和宏观经济学2部分。要求学生掌握现代宏微观经济学的基本概念与基本理论，掌握宏微观经济学所运用的基本分析方法。
805数据库技术与应用
1、关系数据库概念与原理
2、存储与检索数据
3、SQL语言基础
4、SQL语言脚本及编程
5、数据库安全管理
6、数据库备份与恢复
7、数据库规范化与E-R模型
806电子技术
1、基本放大电路分析及性能的实验检测
2、多级放大及反馈电路分析
3、集成运算放大电路及信号的运算处理分析
4、信号产生电路、功率放大电路和直流电源分析
5、组合逻辑电路的分析与设计
6、时序逻辑电路的分析与设计
7、脉冲波形产生和整形电路的分析
810资源环境经济学
2012年硕士研究生入学考试自命题科目内容及范围说明
考试科目代码及名称
考试内容及范围说明
261二外日语
1、日语基础语法
2、助词基本用法
3、日语基础阅读
262二外法语
1、基础语法
2、常用词汇
3、动词基本用法
4、阅读理解
5、法汉互译
337工业设计工程
化工装置DCS技术要求的数据采集与分析要求
化工装置DCS技术要求的数据采集与分析要求在化工装置中，DCS（分布式控制系统）技术具有至关重要的作用，它能够有效地实现对整个装置的监控与控制。
而在实际操作中，数据采集与分析是DCS技术的关键环节，本文将就化工装置DCS技术要求的数据采集与分析要求进行探讨。
1. 数据采集数据采集是DCS系统中最为基础的功能之一。
在化工装置中，各种传感器和仪表会实时采集到大量的数据，这些数据包括温度、压力、流量、液位等各种参数。
而DCS系统需要及时准确地接收这些数据，并进行处理分析，以确保装置的正常运行。
因此，数据采集的要求如下：首先，数据采集应该实时准确。
即时性是数据采集的基本要求，数据的延迟会导致对装置状态的判断不准确，从而影响到生产的安全性和效率。
其次，数据采集应该稳定可靠。
在化工装置中，故障可能导致巨大的损失，因此数据采集系统要具有高度的稳定性和可靠性，确保数据不会丢失或错误。
最后，数据采集应该具有一定的灵活性。
不同的装置可能具有不同的数据采集要求，DCS系统需要能够根据实际情况进行配置和调整，以满足不同装置的需求。
2. 数据分析数据分析是DCS系统中较为复杂和关键的部分，通过对采集到的数据进行处理分析，可以帮助生产人员更好地了解装置运行状态，及时发现问题并进行处理。
数据分析的要求如下：首先，数据分析应该具有高效性。
化工装置中涉及到的数据量通常较大，数据分析系统需要具有较高的计算能力和处理速度，可以快速有效地处理大量数据。
其次，数据分析应该具有一定的智能化。
随着人工智能技术的发展，数据分析系统需要具有一定的智能化水平，可以通过算法和模型自动识别和预测装置可能出现的问题，帮助提高生产效率和降低故障率。
最后，数据分析应该具有良好的可视化效果。
数据分析结果应该以直观的图表和报告形式呈现，帮助生产人员快速准确地了解装置的运行情况，及时做出调整和决策。
综上所述，化工装置DCS技术要求的数据采集与分析要求至关重要，只有做到实时准确、稳定可靠、灵活性强、高效智能、良好可视化等方面的要求，才能更好地发挥DCS技术的作用，确保化工装置的安全稳定运行。
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第七章 采样控制系统分析基础
2、两个环节没有采样开关时
rt
r*t G1s
G2s
Y (z) G(z) R(z) G1G2 (z)
y*t yt
当串联环节之间无采样开关时,系统脉冲传递函 数为各串联环节传递函数乘积的z变换。
G1G2 (z) G1(z)G2 (z)
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第七章 采样控制系统分析基础
对于线性采样系统, 不能直接应用劳斯判据, 因为劳斯判据只能判断系统特征方程式的根是否 在s平面虚轴的左半部, 而采样系统中希望判别的 是特征方程式的根是否在z平面单位圆的内部。
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第七章 采样控制系统分析基础
因此, 必须采用一种线性变换方法,使z平面上的 单位圆映射为新坐标系的虚轴。这种坐标变换称为 双线性变换, 又称为W变换。
第七章 采样控制系统分析基础
应该指出，多数实际采样系统的输出信号是连 续信号，在这种情况下，可以在输出端虚设一个采 样开关，并设它与输入采样开关以相同的采样周期 T同步工作。
这样就可以沿用脉冲传递函数的概念。
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第七章 采样控制系统分析基础
脉冲传递函数和连续系统的传递函数一样表 征了采样系统的固有特性；
系统输出
Y
(
z
)
G1G2
(
z
)
E
(
z)
1
G1G2 (z) G1G2H (
z
)
R(
z
)
闭环系统的误差脉冲传递函数
E(z)
1
Ge (z) R(z) 1 G1G2H (z)
闭环系统脉冲传递函数为
GB (z)
Y (z) R(z)
G1G2 (z) 1 G1G2H (z)
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第七章 采样控制系统分析基础
注意, 因z=eTs是超越方程, 故不能将特征方程式变 换为代数方程。令
z w1 w 1
则 w z 1 z 1
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第七章 采样控制系统分析基础
令复变量 z=x+jy w=u+jv
代入双线性变换公式得
u
jv
x x
jy jy
1 1
( x2 y2 1) 2 yj ( x 1)2 y2
j s平 面
jπ T
0
－
j
π T
Im z平 面
π T
－1 π 0
T
＝ 1 Re
图 s平面上虚轴在z平面上的映像
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第七章 采样控制系统分析基础
3）稳定条件
对于采样控制系统, 其特征方程式为 1+GH(z)=0
系统的特征根为z1,z2, …, zn即为闭环脉冲传递函数 的极点。
对于w平面上的虚轴, 实部u=0, 即
x2+y2-1=0 这就是z平面上以坐标原点为圆心的单位圆的方程。单
位圆内x2+y2＜1, 对应于w平面上u为负数的虚轴左半部;
单位圆外x2+y2＞1, 对应于w平面上u为正数的虚轴右半
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第七章 采样控制系统分析基础
根据以上分析可知, 闭环采样系统稳定的充 分必要条件是: 系统特征方程的所有根均分布在 z平面的单位圆内, 或者所有根的模均小于1, 即 |zi|＜1(i=1, 2, …, n)。
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第七章 采样控制系统分析基础
4）线性采样系统劳斯判据
Z
G(s)
1
G(s)
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第七章 采样控制系统分析基础
• 对于有些采样控制系统，无法写出闭环脉冲传 递函数只能写出输出的Z变换
Rs
Y s Gs Hs
Y
z
1
RG z HG z
Rs
G1s Hs
Ys
G2s
Y
z
RG1 zG2
1 G1G2H
z z
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第七章 采样控制系统分析基础
7.5 采样控制系统的性能分析
7.5.1 采样控制系统的稳态性能分析
1）稳定性的基本概念 • 稳定性是指在扰动的作用下，系统会偏离原来
的平衡位置，在扰动撤除后，系统恢复到原来 平衡状态的能力； • 根据稳定性的定义，可以采用脉冲响应的情况 来研究系统的稳定性；
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第七章 采样控制系统分析基础
它除了与系统的结构、参数有关系，还与采 样开关在系统中的具体位置有关。
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第七章 采样控制系统分析基础
二、串联环节的脉冲传函
1、两个环节有采样1*t G2s
y*t yt
根据脉冲传递函数的定义：
G(z)
Y (z) R(z)
G1(z)G2 (z)
当环节之间有采样开关时，等效脉冲传递函数为 各串联环节脉冲传递函数之积。
3、有零阶保持器时的开环系统脉冲传递函数
rt
r* t
Gh
s
1
eTs s
Gs
y* t yt
a)
rt r*t
1
Gs
s
eTs
y* t yt
b)
有零阶保持器时的开环采样系统
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第七章 采样控制系统分析基础
有零阶保持器时，开环系统脉冲传递函数
G(z) Y (z) (1 z 1)Z[Gp (s)]
当系统有扰动作用时 ,可得闭环系统的误差与扰动间 的脉冲传递函数为
E(z) G2H (z) D(z) 1 G1G2H (z)
系统输出与扰动之间的脉冲传递函数
Y (z) D(z)
G2
(z)
G1G2 (z)G2H (z) 1 G1G2H (z)
由于系统中有采样器的存在，所以一般情况下
G(z) 1 G(z)
• 系统的脉冲响应如果能够衰减到0，则系统是 稳定的；
• 否则系统是不稳定的。
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第七章 采样控制系统分析基础
2） s平面与z平面的映射关系
Z变换称为采样拉氏变换, 它是从拉氏变换直 接引申出来的一种变换方法。
为了把连续系统在s平面上分析稳态性能的结 果移植到z平面上分析离散系统的稳态性能,首先需 要研究这两个复平面的关系。
X (z)
s
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第七章 采样控制系统分析基础
三、闭环系统的脉冲传递函数
dt d*t
rt
et
e*t G1s
G2 s
H s
y* t yt
E(z) R(z) B(z) B(z) E(z)G1G2H (z)
R(z) E(z)
1 G1G2H (z)
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第七章 采样控制系统分析基础
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第七章 采样控制系统分析基础
z eTs , s j
z eT , arg z T 2 s
• S平面的左半平面 ，0 z的幅值在0和1之间
变化，对应z平面单位圆内；
• S平面的虚轴 ，0对应z平面的单位圆；
• 当 由
变 到s
2
时， s
2
z
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第七章 采样控制系统分析基础