[工学]自动控制原理课后答案第8章.pdfVIP

第 8 章 采样控制系统 【基本要求】 1. 正确理解采样控制系统和离散控制系统的基本概念和特点。 2. 理解信号采样和复现过程的物理意义及数学描述，掌握零阶保持器的特性，能运用香农 采样定理进行信号复现的判断。 3. 掌握z 变换及z 反变换的定义、定理和应用。 4. 熟练掌握脉冲传递函数及根据结构图求闭环脉冲传递函数，理解采样系统的稳定性条 件，掌握劳斯稳定性判据应用以及稳态误差计算。 5. 理解采样系统暂态响应与z 平面上传递函数零、极点分布的关系。 6. 学会在时域内用离散脉冲序列对离散系统的动态性能进行分析。 8.1 引言 8.1.1 离散系统的基本概念 前面各章所研究的控制系统，由于系统中所有的信号均是时间t 的连续函数，因此这样 的系统称为连续时间系统，简称连续系统；如果系统中某处或数处信号是脉冲序列或数码， 则这样的系统称为离散时间系统，简称离散系统。其中离散信号以脉冲序列形式出现的称为 采样控制系统或脉冲控制系统；以数码形式出现的称为数字控制系统或计算机控制系统。 由于计算机在控制精度，控制速度以及性能价格比等方面都比相应的模拟控制器具有明 显的优越性。采用计算机取代传统的模拟控制器的计算机控制系统，已在现代工业控制中成 为主流。因为计算机只能处理离散的数字信号 （经采样并转换后得到），因此计算机控制系统 实际上就是一种采样控制系统。 * 如图 8- 1 所示，在计算机控制系统中离散时间给定值r (t) 在采样时刻被送入计算机，与 * 量测及 A/D 变换后送入计算机的被控量ct( ) 的采样信号c (t) 在计算机中进行比较，并根据一 * * 定的控制算法产生数字控制信号u (t) ，u (t) 经 D/A 转换后变成模拟信号ut( ) ，送入被控对象， 以使被控量ct( ) 的变化满足控制系统的要求。 * r (t) * ut( ) ct( ) u (t) 图 8- 1 计算机控制系统示意图 * * * 显然，在计算机控制系统中，r (t) ，c (t) ，u (t) 等均是采样信号。由于这些信号只是在 某些离散的时刻取值，它们属于离散时间信号。因此通常采用离散时间系统的理论来分析和 综合采样控制系统。这样，它们就与原来所处理的连续时间系统有着本质上的区别。 根据采样器在系统中所处的位置不同，可构成各种采样系统。如果采样器位于系统闭合 回路之外或系统本身不存在闭合回路，则称为开环采样系统；如果采样器位于系统闭合回路 之内，则称为闭环采样系统。在各种采样控制系统中，用的最多的是误差采样控制的闭合采 样系统。 本章将讨论采样控制系统的基本理论、数学工具和简单的采样控制系统的分析与综合方 法。在学习中应随时注意这些方法与连续系统有关方法的联系与区别。 8.1.2 离散系统的特点 离散控制系统特别是数字控制系统在自动控制领域取得了广泛地应用，主要是由于离散 控制系统较一般的连续控制系统具有如下一些优点： ( 1) 数字计算机能够保证足够高的计算精度。 (2) 在数字控制系统中可以采用高精度检测元件和执行元件，从而提高整个系统的精度。 (3) 数字信号或脉冲信号的抗干扰能力强，可以提高系统的抗干扰能力。 (4) 可以采用分时控制方式，用一台计算机可以同时控制多个控制系统，提升设备的利 用率，并且可以采用不同的控制规律进行控制。 (5)