自动控制原理采样系统分析.pdf

第六章采样系统分析 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。 6.1 引言 6.2 信号的采样与保持 6.3 Z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 6.1 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。 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。 有关概念 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。 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： r(t) e(t) e*(t) u*(t) uh(t) c(t) A/D 数字控制器 D/A 被控对象 _ 数字计算机 测量元件 计算机控制系统典型原理图 图6-1 机载火力控制系统原理图 6.2 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。 r (t ) e (t ) ( e )kT ( u )kT u t( ) c (t ) 数字 1 被控 A D / 计算机 D A / 对象 f t( ) 反馈装置 图6.1 计算机控制系统框图 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。 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； 采样和采样器