第十章 计算机控制系统
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计算机控制技术与应用 第10章
适合于在恶劣环境下工作，能抗电源干扰、雷击干扰、 电磁干扰和低电位差干扰；
第五节
DCS与FCS的集成技术
1.现场总线与DCS输入/输出总线的集成 2.现场总线与DCS网络的集成 3.FCS与DCS的集成
集散控制系统的现状 当今DCS向综合化、开放化发展。工厂自动化要求 各种设备(计算机、DCS、单回路调节器、PLC等)之间 的通信能力加强,以便构成大系统。
操作员站 打印机
系统网络 SNET
I/O #1
I/O #2
I/O #3
I/O #4
工程 师站
打印机
DCS 结 构 图
第二节 集散控制系统的控制站
现场控制站的主要功能有六种：
数据采集功能：对过程参数，主要是各类传感变送器的模拟信号进行数 据采集、变换、处理、显示、存储、趋势曲线显示、事故报警等。
DDC控制功能：包括接受现场的测量信号，进而求出设定值与测量值的 偏差，并对偏差进行PID控制运算，最后求出新的控制量，并将此控制 量转换成相应的电流送至执行器驱动被控对象。
操作站的基本结构
XL操作站的硬件结构：面向总线的结构
6
通用通信卡 通用通信卡 RM81内存卡 LC81/LC82 RL总线接口卡 DP88 显示卡 CP81B/CP81C CPU卡
通用通信卡选件： RS81—RS232C通信卡 HF81—HF总线通信卡 GB83—GP IB 通信卡 EN82—Ethernet通信卡
第二代产品在原来产品的 基础上,进一步提高了可靠性 ,新开发的多功能过程控制站、 增强型操作站、光纤通信等 更完善了DCS。其基本结构由 六部分组成,即局域网络、多 功能现场控制站、增强型操 作站、主计算机、网络连接 器和系统管理站等。第二代 产品的特点是采用模块化、 标准化设计,数据通信向标准 化迁移,板级模块化,单元结 构化,使之具有更强适应性和 可扩充性。控制功能更加完 善,它能实现过程控制、数据 采集、顺序控制和批量控制 功能。
计算机控制系统知识点
计算机控制系统知识点一、计算机控制系统的定义计算机控制系统是一种利用计算机技术进行控制的系统，通过计算机对被控制对象进行监测、分析、控制和调度，实现自动化生产和运行。
计算机控制系统广泛应用于工业生产中的自动化设备、交通运输系统、医疗设备等领域。
二、计算机控制系统的组成1. 控制器：控制器是计算机控制系统的核心部件，负责对整个系统进行控制和监测。
控制器通常由计算机主机、输入输出设备、运算器、存储器等组成。
2. 输入输出设备：输入设备用于将外部系统中的数据传输到计算机控制系统中，输出设备则将计算机处理后的数据传输到外部系统中。
3. 运算器：运算器是计算机控制系统的“大脑”，负责进行各种数学运算和逻辑运算。
4. 存储器：存储器主要用于存储程序和数据，包括内存和外存两种形式。
三、计算机控制系统的工作原理计算机控制系统通过输入设备获取外部信息，经过运算和逻辑判断后，通过输出设备输出控制指令，实现对被控制对象的自动控制。
整个过程中，计算机控制系统需要经历输入、运算、输出三个基本过程。
四、计算机控制系统的应用1. 工业生产领域：计算机控制系统广泛应用于各种自动化生产设备中，提高了生产效率和生产质量。
2. 交通运输领域：交通信号灯、地铁列车调度系统等都是计算机控制系统的应用案例，提高了交通运输效率和安全性。
3. 医疗设备领域：医用X射线机、B超仪、电子胃镜等医疗设备都采用了计算机控制系统，提高了医疗诊断的准确性和效率。
五、计算机控制系统的发展趋势随着计算机技术的不断发展和进步，计算机控制系统将更加智能化、网络化和集成化。
未来，计算机控制系统将更加便捷、高效、智能，为人类社会的发展和进步提供更大的帮助和支持。
计算机控制系统概要
嵌入式系统和微控制器 集成了更多的外设接口 和功能模块，提高了系 统的集成度和功能多样 性。
实时性与可靠性
嵌入式系统和微控制器 在实时性和可靠性方面 不断提高，满足各种工 业控制和安全关键系统 的要求。
THANKS
感谢观看
远程控制
通过网络对远端的控制系统进行操作和控制，实 现远程维护和调试。
无线控制
利用无线网络技术，实现对控制系统的无线连接 和控制，提高系统的灵活性和便利性。
嵌入式系统与微控制器的应用
小型化与低功耗
嵌入式系统和微控制器 在不断向小型化和低功 耗方向发展，满足各种 便携式和物联网设备的 需求。
高集成度与多功能
自适应控制
通过人工智能技术，使控制系统能够根据环境变 化和系统状态自适应地调整控制策略，提高系统 的稳定性和效率。
故障诊断与预防
利用人工智能技术对系统运行过程中的异常数据 进行检测和分析，提前发现潜在的故障并进行预 防。
网络化与远程控制技术的发展
远程监控
通过网络实现对控制系统的远程监控，方便对系 统的实时状态和运行情况进行了解。
早期阶段
20世纪50年代，计算机开始被应 用于工业控制领域，出现了基于
模拟电路的计算机控制系统。
发展阶段
20世纪70年代，随着微处理器和 集成电路技术的发展，计算机控制 系统逐渐向数字化、智能化方向发 展。
成熟阶段
21世纪初，计算机控制系统已经广 泛应用于各个领域，成为现代工业 生产中不可或缺的重要部分。
控制算法
根据控制系统的要求，采用一定的数 学模型和算法，对数据进行运算和处 理，得到控制信号。
执行机构与传感器
执行机构
根据控制信号调节被控对象的参数，如阀门、电动机等。
实时性与可靠性
嵌入式系统和微控制器 在实时性和可靠性方面 不断提高，满足各种工 业控制和安全关键系统 的要求。
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远程控制
通过网络对远端的控制系统进行操作和控制，实 现远程维护和调试。
无线控制
利用无线网络技术，实现对控制系统的无线连接 和控制，提高系统的灵活性和便利性。
嵌入式系统与微控制器的应用
小型化与低功耗
嵌入式系统和微控制器 在不断向小型化和低功 耗方向发展，满足各种 便携式和物联网设备的 需求。
高集成度与多功能
自适应控制
通过人工智能技术，使控制系统能够根据环境变 化和系统状态自适应地调整控制策略，提高系统 的稳定性和效率。
故障诊断与预防
利用人工智能技术对系统运行过程中的异常数据 进行检测和分析，提前发现潜在的故障并进行预 防。
网络化与远程控制技术的发展
远程监控
通过网络实现对控制系统的远程监控，方便对系 统的实时状态和运行情况进行了解。
早期阶段
20世纪50年代，计算机开始被应 用于工业控制领域，出现了基于
模拟电路的计算机控制系统。
发展阶段
20世纪70年代，随着微处理器和 集成电路技术的发展，计算机控制 系统逐渐向数字化、智能化方向发 展。
成熟阶段
21世纪初，计算机控制系统已经广 泛应用于各个领域，成为现代工业 生产中不可或缺的重要部分。
控制算法
根据控制系统的要求，采用一定的数 学模型和算法，对数据进行运算和处 理，得到控制信号。
执行机构与传感器
执行机构
根据控制信号调节被控对象的参数，如阀门、电动机等。
计算机控制系统概述
第十章 计算机控制系统概述
直接数字控制（Direct Digital Control，简称DDC）系统的构成 如图所示。计算机首先通过模拟量输入通道（AI）和开关 量输入通道（DI）实时采集数据，然后按照一定的控制规 律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出通道 （AO）和开关量输出通道（DO）直接控制生产过程。DDC 系统属于计算机闭环控制系统，是计算机在工业生产过程 中最普遍的一种应用方式。
设定值 调节 生产 过程 模拟调 节器
工艺数据
调节 生产 过程 DDC计 算机 测量
设定值
工艺数据
测量
SSC 计 算 机
记录 显示 打印
SSC 计算 机
记录 显示 打印
监督控制系统的两种结构形式 （a）SCC+模拟调节器系统 （b）SCC+DDC系统
第十章 计算机控制系统概述
4.分散型控制系统 分散型控制系统（Distribute Control System—DSC），采用分散控 制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则， 把系统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监督级、综合 信息管理级，形成分级分布式控制，其结构如图所示。
第十章 计算机控制系统概述
目录
10.1 计算机控制系统组成 10.2 计算机控制系统特点 10.3计算机控制系统的优点 10.4计算机控制系统的典型形式 10.5计算机控制系统的发展方式
第十章 计算机控制系统概述
随着科学技术的进步，人们越来越多地利用计算机来实现控 制系统，近几年来，计算机技术，自动控制技术，检测与 传感技术，CRT显示技术，通信与网络技术等给计算机控 制技术带来了巨大的变革。人们利用这种技术可以完成常 规控制技术无法完成的任务，达到常规控制技术无法达到 的性能指标。随着计算机技术，高级控制策略，现场总线 智能仪表和网络技术的发展，计算机控制技术水平必将大 大提高。采用计算机对系统进行控制，不仅在工业、交通、 农业、军事等部门得到了广泛应用，而且在经济管理等领 域得到应用。与常规模拟控制系统相比，计算机控制系统 具有许多的有点。计算机参与控制，对控制系统的性能、 系统的结构以及控制理论等多方面都产生了极为深刻的影 响。
计算机控制系统
图2-1 输入输出过程通道组成结构图பைடு நூலகம்
表2-1 生产过程输入输出信息来源与用途
信息种类
模拟量输入 数字量输入 脉冲计数器 模拟量输出 数字量输出
输入信息来源或输出信息的用途
温度、压力、物位、转速、成分等 接点的通断状态、电平高低状态、数字装置的输出数码等 流量积算、电功率计算、转速及脉冲形式的输入信号等 控制执行装置、显示、记录等 对执行器进行控制、报警显示等
图2.12是采用晶闸管输出型光电隔离器驱动 双向晶闸管的电路图，图中与晶闸管并联的RC 网络用于吸收带感性负载时产生的与电流不同步 的过压，晶闸管门极电阻则用于提高抗干扰能力， 以防误触发。
图2.12 光电隔离的双向晶闸管输出
功率场效应管输出（了解）
功率场效应管(MOSFET)是压控电子开关，只要在其 栅极G和源极S之间加上足够的控制电压，漏极D和源极S 之间即可导通。MOSFET的栅极控制电流为微安级，而 导通后漏极D和源极S之间允许通过较大的电流，如 IRF640导通时，D、S间允许通过的最大电流可达18A。
为便于后续的描述和分析，下面定义几种类型信号，并在图2. IN+ 的电压低于 IN- 的电压时，则S断开，外接电容保持S断开时刻的电压，并经A3 组成的跟随器输出至输出端。 21是LF398典型应用电路。 W117、W217、W317是正输出三端电压可调式集成稳压器，使用方便，内部具有过热、过流等保护措施，比W7800系列稳压器有更
根据输入级的不同，用于开关量隔离的光电隔离器件可分为 三极管型、晶闸管型等几种，但其工作原理都是采用光作为传输 信号的媒介，实现电气隔离。
使用光电隔离器件的注意事项
输入侧导通电流
要使光电隔离器件导通，必须在其输入侧提供足 够大的导通电流，以使发光二极管发光。不同的光电 隔离器件的导通电流也不同，典型的导通电流 IF=10mA。
计算机控制系统概述课件
02
计算机控制系统硬件
输入输出接口
输入接口
负责将外部设备或传感器产生的 信号传输给计算机，例如键盘、 鼠标、触摸屏等。
输出接口
将计算机处理后的信号传输给外 部设备或执行机构，例如显示器 、打印机、伺服电机等。
控制器
01
控制器是计算机控制系统的核心 ，负责协调各个硬件设备的工作 ，根据程序指令对输入信号进行 处理并输出控制信号。
05
计算机控制系统发展趋势与挑战
网络化与智能化
总结词
随着物联网、云计算和大数据等技术的发展 ，计算机控制系统正朝着网络化和智能化方 向发展，以提高系统的实时性、可靠性和自 适应性。
详细描述
网络化使得计算机控制系统能够实现远程监 控、数据共享和协同工作，提高了系统的可 扩展性和灵活性。智能化则通过引入人工智 能、机器学习等技术，使系统能够自主决策
THANKS
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智能家居
总结词
智能家居是计算机控制系统在家庭生活中的 应用，通过智能化控制家电设备，提高生活 便利性和舒适度。
详细描述
智能家居利用计算机控制系统实现对家电设 备的智能化控制。通过中央控制器或智能音 箱等设备，用户可以远程控制家电设备的开 关、调节温度、照明亮度等，实现智能化生 活。这不仅提高了生活便利性，还能有效节 约能源，降低能源消耗。
计算机控制系统概述课件
目录
• 计算机控制系统简介 • 计算机控制系统硬件 • 计算机控制系统软件 • 计算机控制系统应用领域 • 计算机控制系统发展趋势与挑战
01
计算机控制系统简介
定义与组成
总结词
计算机控制系统是由计算机和被控对 象组成的整体，通过计算机对被控对 象进行自动控制。
计算机控制系统概述
计算机控制系统概述引言计算机控制系统是现代工业和科学领域中的重要组成部分，它使用计算机技术来实现对生产过程、机械设备、工业自动化系统等的控制。
本文将对计算机控制系统的概念、原理、组成以及应用进行综述。
概念计算机控制系统是指通过计算机技术实现对某个对象或系统的控制。
它将计算机作为核心元素，通过数学模型和算法来监测、计算和控制对象或系统的行为。
计算机控制系统通常由硬件和软件组成。
硬件包括传感器、执行器、通信设备等，而软件则是实现控制逻辑和算法的程序。
原理计算机控制系统的工作原理基于反馈控制原理。
它通过传感器检测系统的状态或参数，然后将这些数据传输给计算机进行处理。
计算机根据预先设定的控制算法对数据进行分析和计算，并生成相应的控制信号。
这些控制信号通过执行器作用于系统，调节系统参数以实现控制目标。
反馈环节可以实时监测系统的实际状态，并根据实际情况调整控制策略，从而实现更加精确的控制。
组成计算机控制系统主要由以下几个组成部分构成：1. 传感器与执行器传感器用于检测系统的状态或参数，并将其转化为电信号或数字信号，传递给计算机进行处理。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光学传感器等。
执行器则用于将计算机生成的控制信号转化为机械动作，对系统进行实际的控制。
例如，电机、阀门、泵等都是常见的执行器。
2. 控制算法控制算法是计算机控制系统的核心部分，它决定了计算机如何根据传感器数据生成控制信号。
常见的控制算法包括比例积分微分（PID）控制、模糊控制、神经网络控制等。
这些算法根据不同的控制需求和对象特性进行选择和优化，以实现最优的控制效果。
3. 通信设备通信设备用于实现计算机与传感器、执行器之间的信息传输。
常见的通信设备有串口、以太网、无线通信等。
通过通信设备，计算机可以接收传感器的数据，并发送控制信号给执行器。
4. 人机界面人机界面是计算机控制系统与人的交互界面。
它提供了人们与控制系统进行沟通、参数设定和状态监测的手段。
计算机控制系统 ppt课件
计算机系统
– A/D
– D/A
– 数字计算机
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16
§1.1 计算机控制系统的概念
计算机控制系统工作过程
实时数据采集
对被控量的瞬时值进行检测与输入 周
实时控制决策
而
根据输入量按照控制算法计算输出 复
实时控制输出
始
对执行机构发出控制信号
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17
§1.1 计算机控制系统的概念
三、计算机控制系统的特点和优点
实时计反必算应须机和对在控输线制入，信在息线以不足一够定快的实速时度进行处理、
在线
生产过程、设备直接与计算机连接
离线
生产过程、设备不直接与计算机连接
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火炮位置计算机控制系统
ppt课件
15
§1.1 计算机控制系统的概念
计算机控制系统构成
被控对象: 火炮炮身
执行机构: 直流电机
测量装置: 测量电位计、测速电机
特点:
–系统结构
模拟和数字混合
–工作方式：
计算机可控制多个回路 控制方式采用软件实现
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§1.1 计算机控制系统的概念
三、计算机控制系统的特点和优点
优点
–易于实现复杂的控制规律 现代适的应控性制强系,灵统活大度多高数采用计算机控制 –性价比高 –控制与管理结合
有利于实现更高层次的自动化
§1.1 计算机控制系统的概念 §1.2计算机控制系统的发展与应用
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4
第一章 绪论
§1.1 计算机控制系统的概念 §1.2计算机控制系统的发展与应用
ppt课件
5
§1.1 计算机控制系统的概念
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(k 0) (k 0)
Z[1(kT )] 1(kT )z k 1 z 1 z 2 z k
1 z 1( z ) 1 1 z z 1
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Z [ (kT nT )] (kT nT ) z k z n
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
单位阶跃序列的Z变换
单位阶跃信号
1 1(kT ) 0
Z[1(kT )] 1(kT )Z k 1 z 1 z 2 z k
k 0
若 z 1 1，则该级数收敛，利用等比级数求和公式，可 得到1(t)的Z变换为
1 z 1( z ) 1 1 z z 1
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
3.典型时间序列的Z变换
单位脉冲时间序列 单位阶跃时间序列
单位斜坡时间序列
指数序列
正弦、余弦序列
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如果上式能写成闭式，则可求得相应函数的Z变换。
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
例1 试求单位阶跃函数的Z变换
解：单位阶跃函数1(t)采样后的离散信号为单位阶跃序列，
在各个采样时刻的采样值均为1，即1(kT)=1，因此
z z[1(t )] z 1
z[e
at
z ] z e aT
z z z (1 e aT ) Y ( z) 2 aT z 1 z e z (1 e aT ) z e aT
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
离散系统与连续系统相比，具有的优点：
(1) 计算机运算速度快，运算程序易于改变，从而使控制系统 的信息处理和校正更具柔性。 (2) 采样信号，特别是数字信号的传递可以有效地抑制噪声， 提高系统的抗干扰能力。 (3) 允许采用高灵敏度的控制元件来提高系统的控制精度。 (4) 可用一台计算机分时控制若干个系统，提高设备利用率， 经济性好。 (5) 对于具有传输延时，特别是大延迟的控制系统，可以通过 引入采样来提高其稳定性。
y (kT ) (t kT )e st dt
k 0 0
ze
sT
y (kT )e
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skT
y (kT )z k
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
例2 试求衰减指数函数e-at的Z变换
解： 指数函数采样后所得的脉冲序列为
y(kT ) e
akT
Z[ y(kT )] 1 e aT z 1 e 2aT z 2 e kaT z k
1.Z变换的定义
采样信号的表达式：y (t ) y (kT ) (t kT )
* k 0
Z变换的定义：Y ( z ) Y ( s) y(kT ) z k
* k 0
Y * ( s) y (kT ) (t kT )e st dt
0 k 0
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控制性
gh (t ) 1(t ) 1(t T )
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控制工程基础
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
线性离散系统的数学描述和分析方法
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
§10.2 采样过程和采样定理
1.采样过程
每隔一定的时间间隔T将连续信号x(t)通过 采样器抽样成离散信号x*(t)的过程。
x (t ) x (kT ) (t kT )
* k 0
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
采样周期T
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
例4 试求正弦函数e(t)=sinwt的Z变换。
解：对e(t)=sinwt取拉氏变换，得到：
w E (s) 2 s w2
1 1 1 展成部分分式，即 E ( s) [ ] 2 j s jw s jw 1 z z z sin wT E( z) [ ] 2 jwT jwT 2 j z e z e z 2 z cos wT 1
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
§10.1 概述
1. 连续时间系统
系统中所有的信号均是时间t 的连续函数
2. 离散时间系统
系统中某处或数处信号是脉冲序列或数码
采样控制系统 数字控制系统
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
3. 信号保持
将离散模拟信号—脉冲序列转成模拟信号的过程。 用于这种转换的元件称为保持器。
零阶保持器
零阶保持器是一种按恒值规律外推的保持器。
把前一个采样时刻nT 的采样值e(nT)不变的一直保持到下 一个采样时刻(n+1)T到来前的一瞬间。
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
单位斜坡序列的Z变换
单位斜坡信号 y(kT ) kT
Z[ y(kT )] T kz k
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Tz 1 (1 z 1 )2
指数序列的Z变换
指数信号
y(kT ) a
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
采样控制系统
采样控制最早出现于某些具有大惰性或 较大滞后特性的控制中。
此连续系统控制炉温很难取得良好的效果。
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
在误差信号和执行电机之间装一个采样开关， 令其周期性地自动闭合和断开。
若 e at z 1 1 ，则该级数收敛，利用等比级数求和公式，可 得到e-at的Z变换为
Z [e
at
]
1 1 e aT z 1
z z e aT
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
S 为理想采样开关，其采样瞬时的脉冲幅值等于相应采样瞬时 误差信号e(t)的幅值，且采样持续时间趋于零；
Gh(s)为保持器的传递函数；
Gp(s)为被控对象的传递函数； H(s)为反馈元件的传递函数。
部分分式法
基本思路：
先求出已知连续时间函数y(t)的拉氏变换Y(s)，然后 将有理分式函数Y(s)展开成部分分式之和的形式，再进 行拉氏反变换，使每一部分分式对应简单的时间函数， 若其相应的z变换是可知的，便可方便地求出Y(s)对应的 z变换Y(z)。
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
我感到奇妙的是事物何以集成一体。
——香农
美国数学家 1916~2001
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
第十章 线性离散系统分析
概述 采样过程与采样定理 Z变换及其反变换 Z传递函数 线性离散系统的稳定性分析
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
数字控制系统
1.定义
数字控制系统是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。
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Z[1(kT )] 1(kT )z k 1 z 1 z 2 z k
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单位阶跃序列的Z变换
单位阶跃信号
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Z[1(kT )] 1(kT )Z k 1 z 1 z 2 z k
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若 z 1 1，则该级数收敛，利用等比级数求和公式，可 得到1(t)的Z变换为
1 z 1( z ) 1 1 z z 1
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3.典型时间序列的Z变换
单位脉冲时间序列 单位阶跃时间序列
单位斜坡时间序列
指数序列
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如果上式能写成闭式，则可求得相应函数的Z变换。
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例1 试求单位阶跃函数的Z变换
解：单位阶跃函数1(t)采样后的离散信号为单位阶跃序列，
在各个采样时刻的采样值均为1，即1(kT)=1，因此
z z[1(t )] z 1
z[e
at
z ] z e aT
z z z (1 e aT ) Y ( z) 2 aT z 1 z e z (1 e aT ) z e aT
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第十章 计算机控制系统
离散系统与连续系统相比，具有的优点：
(1) 计算机运算速度快，运算程序易于改变，从而使控制系统 的信息处理和校正更具柔性。 (2) 采样信号，特别是数字信号的传递可以有效地抑制噪声， 提高系统的抗干扰能力。 (3) 允许采用高灵敏度的控制元件来提高系统的控制精度。 (4) 可用一台计算机分时控制若干个系统，提高设备利用率， 经济性好。 (5) 对于具有传输延时，特别是大延迟的控制系统，可以通过 引入采样来提高其稳定性。
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例2 试求衰减指数函数e-at的Z变换
解： 指数函数采样后所得的脉冲序列为
y(kT ) e
akT
Z[ y(kT )] 1 e aT z 1 e 2aT z 2 e kaT z k
1.Z变换的定义
采样信号的表达式：y (t ) y (kT ) (t kT )
* k 0
Z变换的定义：Y ( z ) Y ( s) y(kT ) z k
* k 0
Y * ( s) y (kT ) (t kT )e st dt
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控制性
gh (t ) 1(t ) 1(t T )
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第十章 计算机控制系统
线性离散系统的数学描述和分析方法
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控制工程基础
第十章 计算机控制系统
§10.2 采样过程和采样定理
1.采样过程
每隔一定的时间间隔T将连续信号x(t)通过 采样器抽样成离散信号x*(t)的过程。
x (t ) x (kT ) (t kT )
* k 0
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第十章 计算机控制系统
采样周期T
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第十章 计算机控制系统
例4 试求正弦函数e(t)=sinwt的Z变换。
解：对e(t)=sinwt取拉氏变换，得到：
w E (s) 2 s w2
1 1 1 展成部分分式，即 E ( s) [ ] 2 j s jw s jw 1 z z z sin wT E( z) [ ] 2 jwT jwT 2 j z e z e z 2 z cos wT 1
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第十章 计算机控制系统
§10.1 概述
1. 连续时间系统
系统中所有的信号均是时间t 的连续函数
2. 离散时间系统
系统中某处或数处信号是脉冲序列或数码
采样控制系统 数字控制系统
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第十章 计算机控制系统
3. 信号保持
将离散模拟信号—脉冲序列转成模拟信号的过程。 用于这种转换的元件称为保持器。
零阶保持器
零阶保持器是一种按恒值规律外推的保持器。
把前一个采样时刻nT 的采样值e(nT)不变的一直保持到下 一个采样时刻(n+1)T到来前的一瞬间。
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第十章 计算机控制系统
单位斜坡序列的Z变换
单位斜坡信号 y(kT ) kT
Z[ y(kT )] T kz k
k 0
Tz 1 (1 z 1 )2
指数序列的Z变换
指数信号
y(kT ) a
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第十章 计算机控制系统
采样控制系统
采样控制最早出现于某些具有大惰性或 较大滞后特性的控制中。
此连续系统控制炉温很难取得良好的效果。
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第十章 计算机控制系统
在误差信号和执行电机之间装一个采样开关， 令其周期性地自动闭合和断开。
若 e at z 1 1 ，则该级数收敛，利用等比级数求和公式，可 得到e-at的Z变换为
Z [e
at
]
1 1 e aT z 1
z z e aT
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第十章 计算机控制系统
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第十章 计算机控制系统
S 为理想采样开关，其采样瞬时的脉冲幅值等于相应采样瞬时 误差信号e(t)的幅值，且采样持续时间趋于零；
Gh(s)为保持器的传递函数；
Gp(s)为被控对象的传递函数； H(s)为反馈元件的传递函数。
部分分式法
基本思路：
先求出已知连续时间函数y(t)的拉氏变换Y(s)，然后 将有理分式函数Y(s)展开成部分分式之和的形式，再进 行拉氏反变换，使每一部分分式对应简单的时间函数， 若其相应的z变换是可知的，便可方便地求出Y(s)对应的 z变换Y(z)。
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第十章 计算机控制系统
我感到奇妙的是事物何以集成一体。
——香农
美国数学家 1916~2001
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第十章 计算机控制系统
第十章 线性离散系统分析
概述 采样过程与采样定理 Z变换及其反变换 Z传递函数 线性离散系统的稳定性分析
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第十章 计算机控制系统
数字控制系统
1.定义
数字控制系统是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。
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