离散环节的频率特性计算机控制
计算机控制系统
计算机控制系统组成：被控对象、执行机构、测量装置、指令给定装置计算机系统主要部件：A/D变换器、D/A变换器、数字计算机计算延迟：计算机控制系统中由于信号的采集，输出信号的保持，以及计算机处理信息的延迟作用产生的输入与输出信号之间的延迟。
计算机控制系统的控制过程：1实时数据采集即对被控量及指令信号的瞬时值进行检测和输入2实时决策即按给定的算法，依采集的信息进行控制行为的决策，生成控制指令3实时控制即根据决策实时地向被控对象发出控制信号计算机控制系统优点：1. 运算速度快、精度高、具有极丰富的逻辑判断功能和大容量的存储能力，容易实现复杂的控制规律，极大地提高系统性能。
2. 功能/价格的性价比高。
3. 控制算法灵活，由软件程序实现，因此适应性强，灵活性高。
4. 可使用各种数字部件，从而提高系统测量灵敏度并可利用数字通信来传输信息。
5. 使控制与管理更易结合，并实现层次更高的自动化。
6. 实现自动检测和故障诊断较为方便，故提高了系统的可靠性和容错及维修能力。
缺点与不足：抗干扰能力较低。
计算机实际工程设计的设计方法：1.连续域设计-离散化方法。
将计算机控制系统看成是连续系统，在连续域上设计得到连续控制器。
由于它要在数字计算机上实现，因此，采用不同方法将其数字化(离散化)。
2.直接数字域(离散域)设计。
把系统看成是纯离散信号系统，直接在离散域进行设计，得到数字控制器，并在计算机里实现。
控制系统中信号分类从时间上区分：连续时间信号__在任何时刻都可取值的信号；离散时间信号__仅在离散断续时刻出现的信号。
从幅值上区分模拟信号__信号幅值可取任意值的信号。
离散信号__信号幅值具有最小分层单位的模拟量。
数字信号__信号幅值用一定位数的二进制编码形式表示的信号。
保持采样间隔内信号不变的装置为零阶保持器zoh。
特点：1.幅频为非理想的滤波器2.相频存在滞后，与采样周期有关周期采样和随机采样的区别：周期采样过程中采样周期不变，而随机采样过程中采样周期发生变化，且采样间隔物规律。
计算机控制系统性能分析
南京邮电大学自动化学院实验报告课程名称：计算机控制系统实验名称：计算机控制系统性能分析所在专业：自动化学生姓名：**班级学号：B************: ***2013 /2014 学年第二学期实验一：计算机控制系统性能分析一、 实验目的：1.建立计算机控制系统的数学模型；2.掌握判别计算机控制系统稳定性的一般方法3.观察控制系统的时域响应，记录其时域性能指标；4.掌握计算机控制系统时间响应分析的一般方法；5.掌握计算机控制系统频率响应曲线的一般绘制方法。
二、 实验内容：考虑如图1所示的计算机控制系统图1 计算机控制系统1. 系统稳定性分析(1) 首先分析该计算机控制系统的稳定性，讨论令系统稳定的K 的取值范围； 解:G1=tf([1],[1 1 0]);G=c2d(G1,0.01,'zoh');//求系统脉冲传递函数 rlocus(G);//绘制系统根轨迹Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i s-7-6-5-4-3-2-1012-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5将图片放大得到0.750.80.850.90.9511.051.11.151.21.25-0.15-0.1-0.050.050.10.15Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i sZ 平面的临界放大系数由根轨迹与单位圆的交点求得。
放大图片分析： [k,poles]=rlocfind(G)Select a point in the graphics window selected_point = 0.9905 + 0.1385i k =193.6417 poles =0.9902 + 0.1385i 0.9902 - 0.1385i 得到0<K<193(2) 假设不考虑采样开关和零阶保持器的影响，即看作一连续系统，讨论令系统稳定的K 的取值范围； 解：G1=tf([1],[1 1 0]); rlocus(G1);-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.200.2-0.8-0.6-0.4-0.20.20.40.60.8Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i s由图片分析可得，根轨迹在S 平面左半面，系统是恒稳定的，所以： 0<K<∞(3) 分析导致上述两种情况下K 取值范围差异的原因。
计算机控制系统A试卷带答案
***********2015－2016 学年第一学期出题教师：【计算机控制系统】课程试题(A卷) 【闭卷考试】姓名学号专业及班级本试卷共有4道大题一、填空题（共14分，每空1分，共11道小题）1. 描述连续系统所用的数学模型是微分方程，描述离散系统所用的数学模型是差分方程。
2.离散系统稳定性不仅与系统结构和参数有关，还与系统的采样周期有关。
3.在计算机控制系统中存在有五种信号形式变换，其中采样、量化、零阶保持器等三种信号变换最重要。
4. 计算机控制系统通常是由模拟与数字部件组成的混合系统。
5. 在连续系统中，一个系统或环节的频率特性是指在正弦信号作用下，系统或环节的稳态输出与输入的复数比随着正弦信号频率变化的特性。
6.采样周期也是影响稳定性的重要参数，一般来说，减小采样周期，稳定性增强。
7.对于具有零阶保持器的离散系统，稳态误差的计算结果与T无关，它只与系统的类型、放大系数及输入信号的形式有关。
8.若D(s)稳定，采用向前差分法离散化，D(z)不一定稳定。
9.双线性变换的一对一映射，保证了离散频率特性不产生频率混叠现象，但产生了频率畸变。
10.计算机控制系统分为三类：直接数字控制 (Direct Digital Control，DDC) 系统、计算机监督控制 (Supervise Control by Computer，SCC) 系统和分散型计算机控制系统(Distributed Control System，DCS)二、选择题（满分20分，每小题2分，共10道小题）1.电力二极管属于 A 。
A.不可控器件B. 全控器件C.半控器件2．电力电子器件不具有的特征有 B 。
A.所能处理电功率的大小是其最重要的参数B.一般工作在放大状态C.一般需要信息电子电路来控制D.不仅讲究散热设计，工作时一般还需接散热器3. 晶闸管内部有 C 个PN结。
A 一B 二C 三D 四4.下列哪种功能不属于变流的功能 CA.有源逆变B. 交流调压C. 变压器降压D. 直流斩波5.下列不属于使晶闸管关断的方法是 A 。
自动控制原理第7章离散控制系统
Z变换
01
Z变换是分析离散时间信号和系统 的有力工具，它将离散时间信号 或系统转化为复平面上的函数或 传递函数。
02
Z变换的基本思想是通过将离散时 间信号或系统进行无限次加权和 ，将其转化为一个复数域上的函 数或传递函数。
离散状态方程
离散状态方程是描述离散控制系统动 态行为的数学模型，它的一般形式为 $mathbf{dot{x}}(k) = Amathbf{x}(k) + Bu(k)$，其中 $mathbf{x}(k)$表示在时刻$k$的系 统状态向量，$u(k)$表示在时刻$k$ 的输入向量，$A$和$B$是系统的系 数矩阵。
稳态误差主要来源于系统本身的结构 和参数，以及外部干扰和测量噪声。
离散控制系统的动态响应分析
动态响应定义
动态响应是指系统在输入信号作 用下，系统输出信号随时间变化 的特性。
动态响应的描述方
式
动态响应可以通过系统的传递函 数、频率特性、根轨迹图等方式 进行描述。
优化动态响应的方
法
通过调整系统参数、改变系统结 构、引入反馈控制等方法，可以 优化系统的动态响应。
离散控制系统的仿真工具与实例
仿真工具介绍
离散控制系统的仿真工具用于模拟和测试系统的性能和稳定性。常见的仿真工具包括MATLAB/Simulink、 LabVIEW等。这些工具提供了丰富的数学函数库和图形化界面，方便用户进行系统建模和仿真。
仿真实例分析
通过具体的仿真实例，可以深入了解离散控制系统的性能和特点。例如，可以设计一个温度控制系统，通过调整 系统参数和控制算法，观察系统在不同工况下的响应特性和稳定性。通过对比不同方案，可以评估各种参数和控 制策略对系统性能的影响，为实际应用提供参考和依据。
计算机控制系统复习资料(精简版 列出重点知识点)
第一章概论，讲述计算机控制系统的发展过程；计算机控制系统在日常生活和科学研究中的意义；计算机控制系统的组成及工作原理；计算机控制的特点、优点和问题；与模拟控制系统的不同之处；计算机控制系统的设计与实现问题以及计算机控制系统的性能指标。
1.计算机控制系统与连续模拟系统类似，主要的差别是用计算机系统取代了模拟控制器。
2.计算机系统主要包括：．A／D转换器，将连续模拟信号转换为断续的数字二进制信号，送入计算机；．D／A转换器，将计算机产生的数字指令信号转换为连续模拟信号(直流电压)并送给直流电机的放大部件；．数字计算机(包括硬件及相应软件)，实现信号的转换处理以及工作状态的逻辑管理，按给定的算法程序产生相应的控制指令。
3.计算机控制系统的控制过程可以归结为：．实时数据采集，即A/D变换器对反馈信号及指令信号的瞬时值进行检测和输入；．实时决策，即计算机按给定算法，依采集的信息进行控制行为的决策，生成控制指令；．实时控制，即D/A变换器根据决策结果，适时地向被控对象输出控制信号。
4.计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。
5.自动控制，是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
6.计算机控制系统的特性系统规模有大有小系统类型多种多样系统造价有高有低计算机控制系统不断推陈出新7.按功能分类1)数据处理系统2)直接数字控制（DDC）3)监督控制（SCC）4)分散型控制5)现场总线控制系统按控制规律分类1)程序和顺序控制2)比例积分微分控制（PID）3)有限拍控制4)复杂控制5)智能控制按控制方式分类1)开环控制2)闭环控制9.计算机控制系统的结构和组成控制算法软件网络硬件11.硬件平台运算处理与存储部分：CPU，存储器（RAM，ROM，EPROM，FLASH-ROM，EEPROM以及磁盘等），时钟，中断，译码，总线驱动等。
输入输出接口部分：各种信号（模拟量，开关量，脉冲量等）的锁存、转换、滤波，调理和接线，以及串行通讯等。
自动控制原理-第9章 离散系统初步
232第9章 线性离散系统初步从控制系统中信号的形式来划分控制系统的类型，可以把控制系统划分为连续控制系统和离散控制系统，在前面各章所研究的控制系统中，各个变量都是时间的连续函数，称为连续控制系统。
随着计算机被引入控制系统，使控制系统中有一部分信号不是时间的连续函数，而是一组离散的脉冲序列或数字序列，这样的系统称为离散控制系统。
离散控制系统是以微处理器及微型计算机为基础,融汇计算机技术、数据通信技术、CRT 屏幕显示技术和自动控制技术为一体的计算机控制系统,它对生产过程进行集中操作管理和分散控制。
离散系统与连续系统相比，有许多分析研究方面的相似性。
利用z 变换法研究离散系统，可以把连续系统中的许多概念和方法，推广应用于离散系统。
本章首先给出信号采样和保持的数学描述，然后介绍z 变换理论和脉冲传递函数，最后研究线性离散系统稳定性、稳态误差、动态性能的分析与综合方法。
9.1 离散系统通常，当离散控制系统中的离散信号是脉冲序列形式时，称为采样控制系统或脉冲控制系统；而当离散系统中的离散信号是数码序列形式时，称为数字控制系统或计算机控制系统。
在理想采样及忽略量化误差情况下，数字控制系统近似于采样控制系统，将它们统称为离散系统。
9.1.1 采样控制系统采样器在采样控制系统中可以有多个位置，用得最多的是误差采样控制的闭环采样系统，其典型结构图如图9-1所示。
图中，S 为采样开关，)(s G h 为保持器的传递函数，)(0s G 为被控对象的传递函数，)(s H 为测量元件的传递函数。
233*图9-1 采样系统典型结构图9.1.2 数字控制系统数字控制系统的典型原理图如图9-2所示。
它由工作于离散状态下的计算机（数字控制器）)(s G c ，工作于连续状态下的被控对象)(0s G 和测量元件H(s)组成。
在每个采样周期中，计算机先对连续信号进行采样编码(即D A 转换)，然后按控制律进行数码运算,最后将计算结果通过A D 转换器转换成连续信号控制被控对象。
《自动控制原理》名词解释
1、自动控制: 指在无人直接参与的情况下，通过控制器使被控制对象或过程自动地按照预定的要求运行。
2、人工控制：在人直接参与的情况下，利用控制装置使被控制对象和过程按预定规律变化的过程，（1）线性系统：用线性微分方程或线性差分方程描述的系统。
（2）非线性系统：用非线性微分方程或差分方程描述的系统。
（1）连续系统:当系统中各元件的输入量和输出量均是连续量或模拟量时，就称此类系统是连续系统（2）离散系统：当系统中某处或多处信号是脉冲序列或数字形式时，就称这类系统是离散系统。
（1）恒值控制系统：控制系统在运行中被控量的给定值保持不变（2）随动控制系统：控制系统被控量的值不是预先设定的，而是受外来的某些随机因素影响而变化，其变化规律是未知的时间函数（3）程序控制系统：控制系统被控量的给定值是预定的时间函数，并要求被控量随之变化。
（三）按控制方式分：开环控制、反馈控制、复合控制（四）按元件类型：机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统（五）按系统共用：温度控制、压力控制、位置控制1）输入量（激励）作用于一个元件、装置或系统输入端的量，可以是电量，也可以是非电量，一般是时间的函数（确定函数或随机函数），如给定电压。
2）输出量（响应）指确定被控对象运动状态的量，它是输出端出现的量，可以是电量或非电量，它是系统初始状态和输入量的函数。
3）被控制量制被控对象所要求自动控制的量。
它通常是决定被控对象工作状态的重要变量。
当被控对象只要求实现自动调节，即要求某些参数保持给定数值或按一定规律变化时，被控制量就是被调节量（被调量）。
4）控制量（控制作用）指控制器的输出量。
当把控制器看成调节器时，控制量即调节量（调节作用）。
5）反馈把系统的输出送回到输入，以增强或减弱输入信号的效应称为反馈。
使输入信号增强者为正反馈，使输入信号减弱者称为负反馈。
反馈信号与系统输出量成比例者称为硬反馈或刚性反馈（比例反馈），反馈信号为输出量的导数者称为软反馈或柔性反馈。
计算机控制技术题库（附答案）
计算机控制技术题库（附答案）计算机控制技术练习题（附答案）⼀、填空题（每空2分，共20分）1．闭环负反馈控制的基本特征是。
2．闭环控制系统⾥，不同输出与输⼊之间的传递函数分母。
3．惯性环节的主要特点是，当其输⼊量发⽣突然变化时，其输出量不能突变，⽽是按变化。
4．静态误差系数是系统在典型外作⽤下精度的指标，静态误差系数越⼤，精度。
5．系统的相稳定裕度γM，定义为开环频率特性在截⽌频率ωc处。
6．离散系统稳定性与连续系统不同，它不仅与系统结构和参数有关，还与系统的有关。
7．零阶保持器是⼀个相位滞后环节，它的相频特性φ(ω)= 。
8．若已知闭环系统⾃然频率为ωn，经验上，采样频率ωs应取。
9．通常把叠加在被测信号上的⼲扰信号称为。
10．为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D之间加⼊。
⼆、选择题(每题2分，共10分)1．在计算机控制系统⾥，通常当采样周期T减少时，由于字长有限所引起的量化误差将。
A 增⼤；B 减⼩；C 不变。
2．控制算法直接编排实现与串联编排实现相⽐，有限字长所引起的量化误差。
A 较⼤；B 较⼩；C 相当。
3．某系统的Z传递函数为G(z) = 0.5(z+0.5) / (z+1.2)(z-0.5) ，可知该系统是。
A稳定的；B不稳定的；C 临界稳定的。
4．若以电机轴的转⾓为输⼊量，电机轴的转速为输出量，则它的传递函数为环节。
A 积分；B 微分；C 惯性。
5．在确定A/D变换器精度时，通常要求它的精度应传感器的精度。
A ⼤于；B ⼩于；C 等于。
三、简答题（每⼩题5分，共20分）1．图1为⽔箱⽔位⾃动控制系统，试说明基本⼯作原理。
图12．已知单位负反馈闭环控制系统的单位阶跃响应的稳态误差为0.1，试问该系统为⼏型系统，系统的开环放⼤系数为多少?3．试简单说明系统稳定性与稳态误差相互⽭盾的关系。
4．试表述采样定理，并说明若⼀⾼频信号采样时不满⾜采样定理，采样后将会变成何种信号。
计算机控制技术01-“计算机控制技术”实验教程(含全部指导书)_版权_北京交通大学
numg=[0.1 0.03 −0.07]; deng=[1 −2.7 2.42 −0.72]; g=tf(numg,deng,−1) get(g); [nn, dd]=tfdata(g,'v') [zz,pp,kk]=zpkdata(g,'v') %Unite circle region with distrbuting zeros points and poles points hold on pzmap(g), hold off axis equal
序列进行传递，而对象模型部分则以连续的信号方式进行传递，它们之间需要通过采样(A/D) 和保持(D/A)环节进行信号转换，并且在这个信号的转换过程中，要符合采样(Shannon)定理。 离散时间系统模型描述方法有差分方程、Z 传递函数和零极点增益等多种形式，最典型的连 续时间系统模型有微分方程、拉普拉斯传递函数等，它们之间能够相互转换。每一种模型都
F(z) 逆 变 换 得 到 的 离 散 点 序 列 为
f (k) = k ⋅ bk−1 。
计算机控制系统特性分析
z 2 + 2 z + 0.9267 = 0
进行w变换后得到：
例4.2 在例4.1中，设T=1s，求使系统稳定的K的变化范 围？并求s平面和w平面的临界频率。 解：采用双线性变换Ⅱ，此时系统的特征方程为
1 + KG ( z ) z =1+ 0.5w = 1 +
1− 0.5 w
−0.2932 w2 + 0.0733w + 3.9267 = 0
则系统是稳定的。
w = ± j1.549
故w平面的临界频率为 s平面的临界频率为
ω w = 1.549
ω= 2 ωT tan −1 w = 1.32 T 2
（3）朱利判据
例4.3 在例4.1中，设T=1s，试用z域直接判别法确定满足系 统稳定的K值范围。 解：系统的特征方程为
W ( z ) = z + (0.368 K − 1.368) z + (0.264 K + 0.368) = 0
n
提供了一 种用解析 法判断离散系统稳定性的途径。 设离 散控制系统的特征方程为
1 + G( z) = 0
其 中 G(z) 一般为 两 个 多项 式之 比 ， 用 W(z) 表 示 特征方程 的分子，即
（3） （4）
s平面垂直直线对应于z 平面的圆周， s 平面的 虚轴对应于z 平面的单位圆
S 平面水平直线对应于z 平面具有相应角度的 直线, ω = ω s / 2 时，正好对应z 平面的横轴
S 平面的等 阻尼线对应于z 平面的螺旋线
2 对于二阶振荡系统 s + 2ξωn s + ω n = 0 ，在S平面上等 阻 尼线为通过原点的射线且 cos β = ξ ，在Z 平面上为螺旋 线。 2
控制原理--离散控制系统
*
e (t ) e(t ) T (t ) e(t ) (t - nT) e(t ) (t - nT) e(nT)(t - nT)
n - n0 n0
e* (t ) e(nT)(t - nT)
n0
如右图所示
* k 0
-k
z变换
1、定义法(级数求和法)
知道连续函数x(t)在各采样时刻的离散值x*(t)，按定义求。 例1：求 x1 (t ) u(t ) 和 x2 ( t ) ( t - kT ) 的z变换表达式。
k 0
解：
X 1 ( z ) x( kT )z
k 0
采样过程及其数学描述
2、单位脉冲函数 (t )为单位脉冲函数，为方便描述，其定义 如下： 1 t 0 (t ) 0 t 0 3、单位脉冲序列函数 下式为单位脉冲序列函数，它是单位脉冲 函数的序列。
T (t )
k -
(t - kT ) (t ) (t - T ) (t T ) (t - kT ) (t kT )
注意：本课程中的讲述如无特别说明均为均匀采样过程。
§6.1 信号的采样与保持
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；
基本概念
1.采样信号：定义在离散时间轴上的离散信号，以脉冲或数 码的形式呈现。
t
(a) 连续信号 (b) 离散信号
k 0
求拉氏变换，得
原连续信号
- kTs
1 1 -Ts xh ( s ) x( kT )e - e s s k 0
自动控制原理第5章频率特性
自动控制原理第5章频率特性频率特性是指系统对输入信号频率的响应特点。
在自动控制系统设计中，了解和分析系统的频率特性是非常重要的，因为它可以帮助工程师评估系统的稳定性，性能和稳定裕度。
本章主要介绍频率特性的相关概念和分析方法，包括频率响应函数、频率幅频特性、相频特性、对数坐标图等。
1.频率响应函数频率响应函数是描述系统在不同频率下的输出和输入之间的关系的函数。
在连续时间系统中，频率响应函数可以表示为H(jω)，其中j是虚数单位，ω是频率。
频率响应函数通常是复数形式，它包含了系统的振幅和相位信息。
2.频率幅频特性频率幅频特性是频率响应函数的模的图形表示，通常用于表示系统的增益特性。
频率幅频特性通常用对数坐标图绘制，以便更好地显示系统在不同频率下的增益特性。
对数坐标图上，增益通常以分贝（dB）为单位表示。
3.相频特性相频特性是频率响应函数的相角的图形表示，通常用于表示系统的相位特性。
相频特性可以让我们了解系统对输入信号的相位延迟或提前情况。
在相频特性图上，频率通常是以对数坐标表示的。
4. Bode图Bode图是频率幅频特性和相频特性的综合图形表示。
它将频率幅频特性和相频特性分别绘制在纵轴和横轴上，因此可以直观地了解系统在不同频率下的增益和相位特性。
5.系统的稳定性分析频率特性可以帮助工程师判断系统的稳定性。
在Bode图上，当系统的相位角趋近于-180度，且增益在此处为0dB时，系统即将变得不稳定。
对于闭环控制系统，我们希望系统在特定频率范围内保持稳定，以便实现良好的控制性能。
6.频率特性的设计频率特性的设计是自动控制系统设计中的一个重要任务。
工程师需要根据系统对不同频率下的增益和相位的要求，设计出合适的控制器。
常见的设计方法包括校正器设计、分频补偿、频率域设计等。
总结：本章重点介绍了自动控制系统的频率特性，包括频率响应函数、频率幅频特性、相频特性和Bode图。
频率特性的分析和设计对于掌握自动控制系统的稳定性、性能和稳定裕度非常重要。
《计算机控制技术》教学大纲
《计算机控制技术》课程标准（执笔人：韦庆审阅学院：机电工程与自动化学院）课程编号：0811305英文名称：Computer Control Techniques预修课程：计算机硬件技术基础B、自动控制原理B、现代控制理论学时安排：36学时，其中讲授32学时，实践4学时。
学分：2一、课程概述（一）课程性质地位本课程作为《自动控制理论》的后续课程，是控制科学与工程、机械工程及其自动化和仿真工程专业本科学员理解和掌握计算机控制系统设计的技术基础课。
（二）课程基本理念本课程作为一门理论与工程实践结合紧密的技术基础课，结合自动控制原理技术、微机接口技术，以学员掌握现代化武器装备为目的。
本课程既注重理论教学，也注重教学过程中的案例实践教学环节，使学员在掌握基本理论的基础上，通过了解相关实际系统组成，综合培养解决工程实际问题的能力。
（三）课程设计思路本课程主要包括计算机控制原理和计算机控制系统设计两大部分。
在学员理解掌握自动控制原理的基础上，计算机控制原理部分主要介绍了离散系统的数学分析基础、离散系统的稳定性分析、离散系统控制器的分析设计方法等内容；计算机控制系统设计部分结合实际的项目案例，重点介绍了计算机控制系统的组成、设计方法和步骤、计算机控制原理技术的应用等内容。
二、课程目标（一）知识与技能通过本课程的学习，学员应该了解计算机控制系统的组成，理解计算机控制系统所涉及的采样理论，掌握离散控制系统稳定性分析判断方法，掌握离散控制系统模拟化、数字化设计的理论及方法，掌握一定的解决工程实际问题的能力。
（二）过程与方法通过本课程的学习和实际系统的演示教学，学员应了解工程实际问题的解决方法、步骤和过程，增强积极参与我军高技术武器装备建设的信心。
（三）情感态度与价值观通过本课程的学习，学员应能够提高对计算机控制技术在高技术武器装备中应用的认同感，激发对自动化武器装备技术的求知欲，关注高技术武器装备技术的新发展，增强提高我军高技术武器水平的使命感和责任感。
计算机控制系统---第三章
的z变换。
解：
另一种由F(s) 求取F(z) 的方法是留数计算方法。本书对此不予讨论
利用MATLAB软件中的符号语言工具箱进行F(s)部分 分式展开
已知
，通过部分分式展开法求F(z) 。
MATLAB程序：
F=sym(′(s+2)/(s*(s+1)^2*(s+3))′)； %传递函数F(s)进行符号定义
即得到
3.4.4 干扰作用时闭环系统的输出
根据线性系统叠加定理，可分别计算指令信号和干扰信号作用下的输出响应。
G(z)
Z
1
esT s
G1(s)G2 (s)
R(s)单独作用时的 系统输出[N(s)=0]
干扰单独作用时的 系统输出[R(s)=0]
共同作用时的系 统输出
图3-13 有干扰时的计算机控制系统
图3-10采样控制系统典型结构
一般系统输出z变换可按以下公式直接给出：
C(z)
前向通道所有独立环节z变换的乘积 1闭环回路中所有独立环节z变换的乘积
3.4.3 计算机控制系统的闭环脉冲传递函 数
1. 数字部分的脉冲传递函数
控制算法，通常有以下两种形式：
差分方程
脉冲传递函数D(z)
(z变换法)
连续传递函数
2. 由脉冲传递函数求差分方程
z反变换
z反变换
3.4.1 环节串联连接的等效变换
1. 采样系统中连续部分的结构形式
并不是所有结构都能写出环节的脉冲传递函数
3.4.1 环节串联连接的等效变换
2. 串联环节的脉冲传递函数
3.4.1 环节串联连接的等效变换
3. 并联环节的脉冲传递函数
根据叠加定理有：
discrete signal 控制
discrete signal 控制【1】离散信号概述在信号处理领域，离散信号是一种重要的信号类型。
与连续信号不同，离散信号在时间上是离散的，通常用离散时间序列来表示。
离散信号具有以下特点：- 离散时间：离散信号在时间上是离散的，以采样间隔为单位进行取样。
- 有限长度：离散信号的取样值数量是有限的。
- 离散幅度：离散信号的幅度通常用离散的整数表示。
【2】离散信号的控制方法离散信号的控制主要依赖于数字信号处理技术。
以下介绍几种常见的离散信号控制方法：1.采样控制：通过对连续信号进行采样，将其转换为离散信号。
采样定理规定了采样频率与信号频率之间的关系，以确保信号的完整性。
2.量化控制：将采样后的离散信号幅度进行量化，使其符合特定的比特深度。
量化噪声是量化过程中不可避免的现象。
3.编码控制：对量化后的离散信号进行编码，以减少存储空间和传输带宽的需求。
常用的编码方法有努塞尔编码、韦弗编码等。
4.调制控制：将离散信号与载波信号进行调制，实现信号的传输和接收。
常见的调制方法有ASK、FSK、PSK等。
【3】离散信号控制在实际应用中的案例1.数字通信：离散信号控制在数字通信系统中起着关键作用。
例如，在无线通信中，通过调制和解调技术，实现离散信号的传输和接收。
2.图像处理：在图像处理领域，离散信号控制技术应用于图像的采样、量化、编码和重建等过程。
3.音频处理：在音频处理中，离散信号控制技术同样具有重要应用价值。
例如，数字音频信号的处理、压缩和播放等。
【4】总结与展望离散信号控制技术在多个领域具有广泛的应用，随着数字信号处理技术的不断发展，离散信号控制将更加高效、稳定和可靠。
计算机控制系统(5)
第5章计算机控制系统特性分析计算机控制系统特性分析就是从给定的计算机控制系统数学模型出发，对计算机控制系统在稳定性、准确性、快速性三个方面的特性进行分析。
通过分析，一是了解计算机控制系统在稳定性、准确性、快速性三个方面的技术性能，用以定量评价相应控制系统性能的优劣；更重要的是，建立计算机控制系统特性或性能指标与计算机控制系统数学模型的结构及其参数之间的定性和定量关系，用以指导计算机控制系统的设计。
本章主要内容有：计算机控制系统稳定性分析，稳态误差与动态响应分析。
5.1计算机控制系统稳定性分析与模拟控制系统相同，计算机控制系统必须稳定，才有可能正常工作。
稳定是计算机控制系统正常工作的必要条件，因此，稳定性分析是计算机控制系统特性分析的一项最为重要的内容。
5.1.1连续系统稳定性及稳定条件离散系统稳定性和连续系统稳定性含义相同。
对于线性时不变系统而言，无论是连续系统还是离散系统，系统稳定是指该系统在平衡状态下（其输出量为某一不随时间变化的常值或零），受到外部扰动作用而偏离其平衡状态，当扰动消失后，经过一段时间，系统能够回到原来的平衡状态（这种意义下的稳定通常称为渐近稳定）。
如果系统不能回到原平衡状态，则该系统不稳定。
线性系统的稳定性是由系统本身固有的特性所决定的，而与系统外部输入信号的有无和强弱无关。
线性时不变连续系统稳定的充要条件是：系统的特征方程的所有特征根，亦即系统传递函数)(s W 的所有极点都分布在S 平面的左半平面，或者说，系统所有特征根具有负实部，设特征根ωσj s i i +=，则0<i σ。
S 平面的左半平面是系统特征根（或极点）分布的稳定域，S 平面虚轴是稳定边界。
若系统有一个或一个以上的特征根分布于S 平面的右半平面，则系统就不稳定；若有特征根位于虚轴上，则系统为临界稳定，工程上也视为不稳定。
5.1.2 S 平面与Z 平面的映射关系在第3章中定义Z 变换时，规定了z 和s 的关系为Tse z = （5.1）式中，z 和s 均为复变量，T 是采样周期。
计算机控制系统复习知识点总结
(1) 0 n (1) (1) 0
| (0) | 1 (1) 0 ( 1) 0
5.采样周期与系统稳定性 答： （1）离散系统的稳定性比连续系统差； （2）T 减小，稳定性增强。
第 5 章 计算机控制系统的经典设计方法
1.控制器特性指标及离散化方法
第1章
计算机控制系统导论
1．计算机控制系统与连续（模拟式）控制系统的根本差别。 答：数字计算机作为系统控制器。 2.计算机控制系统的基本组成。 答：指令给定装置、计算机系统、被控对象、执行机构、测量装置。
图 1 计算机控制系统基本框图 3.计算机控制系统特点。 （1）系统结构特点：是由模拟与数字部件组成的混合系统。 （2）信号形式特点：有多种信号形式（连续模拟、离散模拟、离散数字等） ，是一种混合信 号系统。 （3）系统工作方式特点：可同时控制多个被控对象或被控量，即可为多个控制回路服务。 同一台计算机可以采用串行或分时并行方式实现控制，每个控制回路的控制方式由软 件来形成。 4.计算机控制系统优点。 （老师说了解一下） （1）易实现复杂控制规律； （2）性价比高； （3）适应性强灵活性高； （4）系统测量灵敏度 高。 （5）控制与管理容易结合并实现层次更高的自动化； （6）系统可靠性和容错能力 高。 5.计算机控制系统分类。 答：直接数字控制（direct digital control,DDC）系统、计算机监督控制（supervise control by computer,SCC）系统、分散型计算机控制系统（distributed control system,DCS） 。 本书主要研究直接数字控制系统的设计与实现问题，
第 7 章 计算机控制系统组建以及实现技术
1.滤波方法 滤波方法分为：模拟滤波，数字滤波。 滤波方法 平均值滤波 中值滤波 限幅滤波 惯性滤波 适用情况 周期性干扰信号 偶然的脉冲干扰 随机脉冲干扰及采样器不稳定 干扰信号波动频繁
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1 例G ( s ) s2
Freqs(1, [1 2])
Magnitude
10
0
10
-1
或
Phase (degrees)
10
-2
10
-1
10 Frequency (rad/s)
0
10
1
Sys=tf(1, [1 2]) Bode(sys)
0 -20 -40 -60 -80 -1 10
10 Frequency (rad/s)
0.9
1
0
Phase (degr1
0.2
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Normalized Frequency ( rad/sample)
0.9
1
Freqz(1, [1 -0.8187],[0:0.1:4*pi])
20
Magnitude (dB)
10
0
-10
0
0.5
1 1.5 2 2.5 3 Normalized Frequency ( rad/sample)
3.5
100
Phase (degrees)
50 0 -50 -100
0
0.5
1 1.5 2 2.5 3 Normalized Frequency ( rad/sample)
3.5
T 1时,
G (e
jT
e jT e j ) jT j 2T e e e 0.1353
作归一化后的频率特性，周期为2π
Freqz(1, [1 -0.1353])
2
Magnitude (dB)
1 0 -1 -2
0
0.1
0.2
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Normalized Frequency ( rad/sample)
0
10
1
z 对应离散化环节 G( z ) 2T ze j T e j T G ( e ) j T 2T e e
2 H (e )是 周 期 函 数 ， 周 期 为 s ； T j 归一化形式 H (e )， 周 期 为 2。
jT
采样周期T不同，离散环节G(z)也不同。
T 0.1时,
20
jT j 0.1 e e G(e jT ) jT j 0.1 2T e e e 0.8187
Magnitude (dB)
10
0
-10
0
0.1
0.2
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Normalized Frequency ( rad/sample)
说明
离散环节的频率特性为周期为采样角频率
的周期函数。作其频率特性只画以下区间
2 单位负反馈系统的闭环带宽为此区间内 幅值由1下降到0.707时的频率。 离散环节的增益和极点位置随T的变化而 变化。快速采样时，T越小，一阶环节极 点向1移动，稳定性变差；增益却变大。
0
s
0.9
1
0
Phase (degrees)
-2 -4 -6 -8
0
0.1
0.2
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Normalized Frequency ( rad/sample)
0.9
1
Freqz(1, [1 -0.1353],[0:0.1:4*pi])
2
Magnitude (dB)
1 0 -1 -2
0
0.5
1 1.5 2 2.5 3 Normalized Frequency ( rad/sample)
3.5
10
Phase (degrees)
5 0 -5 -10
0
0.5
1 1.5 2 2.5 3 Normalized Frequency ( rad/sample)
3.5
离散环节的频率特性
G( z ) G(e
jT
)
连续环节G(s)的频率特性
1 G( s) sa
A( ) G ( j ) 1
( ) G ( j ) arctg
2 a2
a
1 G( j ) A( )e j ( ) A( ) ( ) j a A( )cos ( ) j sin ( )