数字控制系统分析
数字程序控制系统
数字程序控制系统能够根据输入的指令和数据，使生产机械按预定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律完成工作的自动控制，称为数字程序控制。
数字程序控制主要应用于机床的自动控制，采用数字程序控制的机床称为数控机床。
数控机床能够加工形状复杂的零件、加工精度高、生产效率高，而且易于改换加工品种，因此是机床自动化的一个重要发展方向。
目前，数字程序控制系统都是以计算机为核心组成的，它包括输入装置、输出装置、插补器和控制器等部分。
输入装置把预先编制好的程序指令与数据录入系统，这些程序指令与数据规定了生产机械的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等。
插补器就是计算机内的一段程序，用于完成插补运算，即根据输入的基本数据(如直线的起点、终点坐标，圆弧的圆心、起点、终点坐标等)，计算加工的曲线或曲面上的其他点的坐标。
输出装置根据插补运算结果向执行机构发出控制指令，从而使生产机械能够沿预定的轨迹运动。
控制器协调系统的各个部分，使其有条不紊地工作。
采用数字程序控制的机床原理见图1。
图1 数控机床原理框图1. 数字插补算法实现插补运算的方法很多，有逐点比较插补方法、数字积分插补方法、时间分割插补方法和样条插补方法等，其中逐点比较插补方法(简称逐点比较法)应用最广，在此予以专门讨论。
所谓逐点比较插补，就是在每次进给(即“走步”)前，首先通过计算判断加工点(即“动点”)是否在预定的轨迹上及相对于预定轨迹的位置，然后据此决定进给方向。
由于这种方法每走一步就需比较、判断一次，即走一步看一步，所以称为逐点比较法。
逐点比较法是以矩形折线来逼近规定的轨迹的，插补出的轨迹与预定轨迹之间的最大误差为一个脉冲当量(即一个步进脉冲对应的运动位移，也即所谓“走一步”的位移)，因此只要使脉冲当量足够小，即可满足加工精度要求。
虽然数控机床加工的零件可能各种各样，但大部分的零件图形都可由直线和圆弧两种插补得到，据统计，由直线和圆弧组成轮廓的零件占机械加工零件的70%以上，因此本节以直线和圆弧的插补为例说明逐点比较法原理。
5第二章 数字控制系统分析-稳定性与稳态性能分析
再应用劳斯判据判定该系统的稳定性。
16
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2.3 数字控制系统的性能分析—稳定性分析
例2.3-7 试用修正劳斯判据确定例题2.3-6所示系统稳定的K值范围。 解：由例题2.3-6系统的特征方程：
令
பைடு நூலகம்
w +1 ，代入上式得 0.632kw2 + 1.264w + (2.736 − 0.632k ) = 0 z= w− w −1
= eσT0 ，∠ z = T0ω (2.3 −105)
5
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2.3 数字控制系统的性能分析—稳定性分析—S，Z映射关系：
1）、S平面的坐标原点为Z平面的（1，j0）点； 2）、S平面的虚轴为Z平面上的以原点为圆心单位圆； 从 −ω0 / 2 变化 ω 到 ω0 / 2 时，则在Z平面上映射为第1个单位圆； 每当 ω 增加或减少一个ω 0则映射到Z平面是与第1个单位圆完全重叠 的单位圆；
系统的特征方程无重根时，式（2.3-98）的解为：
y (k ) = ∑ Ai λik
i =1
n
(2.3 − 99)
式中：Ai为由初始条件确定的系数；λi为系统的特征根。
3
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2.3 数字控制系统的性能分析—稳定性分析
齐次方程的通解表征了系统自由运动的情况，通解收敛则系统稳定。由 式
4
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2.3 数字控制系统的性能分析—稳定性分析
2、S平面到Z平面的映射 复变量z和复变量s的变换关系： 式中T0为采样周期，在S平面有
自动控制原理之第七章数字控制系统分析(2精品PPT课件
X *(s)
G1(s)
T
G2 (s)
T
C*(s) C(s)
CX((ss))GG21((ss))XR**((ss)) 取z变换
CX((zz))GG21((zz))XR((zz))
G ( z ) Z [ G 1 ( s ) ]Z [ G 2 ( s ) ] G 1 ( z )G 2 ( z ) G 1(z)G 2(z)G 1G 2(z)
R*(s)
R(s) + E(s)
-
Y (s)
E*(s)
T
G(s) H (s)
C*(s) C(s)
C(s) G(s)E(s)
Y
(s)
G
(s)
H
(s)
E
(
s)
E
(s)
R(s)
Y
(s)
取z变换
C (z) G(z)E(z) Y ( z ) G H ( z ) E ( z ) E ( z ) R ( z ) Y ( z )
（3）有零阶保持器时的脉冲传递函数（中间无采样开关）
Go(s)H(s)G(s)(1eTs)G(ss)
(1eTs)G1(s)G1(s)eTsG1(s)
g o ( t) L 1 [ G o (s ) ] g 1 ( t) g 1 ( t T )
Go(z)G1(z)z1G1(z)1z1 G1(z)
函数，其中
解：
G1 ( s )
s
1
a
G2 (s)
s
1
b
G 1(s)G 2(s)b 1as 1as 1b
G(z) G1G2(z)
b
1 a
(z
z(eaT ebT ) eaT )(z ebT
计算机控制(第六章,数字控制系统)
对该式用分母除分子，并将商按z-1的升幂排列，有
恰为 Z 变换的定义式，其系数 ck (k=0 ， 1 ， 2 ， …) 就是 e(t) 在采 样时刻t=kT时的值e(kT)。此法在实际中应用较为方便，通常计
算有限n项就够了，而要得到e(kT)的一般表达式较为困难。
10 z , 已知 E ( z ) ( z 1)( z 2)
如果这种转换具有足够的精度即模拟量与数字量之间有着确定的比例关系则对系统而言adc和dac相当于系统中的一个比例环节把它们同其它环节的比例系数合并后处理adc相当于一采样开关dac等效于一保持为了充分发挥计算机的功能可用一台计算机采取分时处理的方式实现多个对象的控制计算机多路控制系统
计算机控制技术
第六章
（9）复域微分定理
dF ( z ) Z [tf (t )] Tz dz
（10）复域积分定理
F ( z) f (t ) f (t ) Z[ ] dz lim z t 0 t Tz t
信号的Z变换求解可利用以上的Z变换性质
（四）Z反变换及其计算方法 Z反变换： 1、长除法 该方法能直观地得到采样脉冲序列前几个采样值，但难以给 出序列的闭合形式，不便于对系统的分析研究。 通常E(z)是z的有理分式，可表示为两个z的多项式之比，即
Ts
1 s ln z T
（二）信号Z变换的求解
1、级数求和法 由各时刻的采样值f(kT)，从Z变换的定义出发，得到Z变 换的级数展开式，在一定条件下可写成为闭合形式。 例1、求单位阶跃函数的Z变换
F ( z ) Z [1(t )] z k 1 z 1 z 2 z 3
0
j
0
频率
数字电源控制系统详细分析与应用
数字电源控制系统详细分析与应用
在数字电源的所有讨论中，必须区分两个关键的概念：功率控制和功率管理。
Ericsson公司采用电源控制这个术语来表达电源内部的控制功能，特别
是器件内部能量流的逐周期管理。
这个定义包括反馈回路和内部管理功能。
与电源的开关频率相比，电源控制功能以实时方式运行。
控制功能可以采用模拟或数字技术，通过采用通常对终端用户而言是一回事的任意一种技术的电源来实现。
也就是说，采用数字电源控制可能不需要终端用户端的任何改变或新设计。
相比之下，电源管理是指一个或多个电源外部的通信和/或控制。
这包括电源系统配置、个别电源的控制和监视以及故障检测通信。
电源管理功能并不是实时的，这些功能以一个比电源的开关频率慢的时间刻度工作。
现在，这些功能开始结合模拟和数字技术。
例如，电阻通常对输出电压进行编程，而电源时序通常需要连接至每个电源的专用控制线路。
根据Ericsson的定义，数字电源管理意味着所有这些功能都采用数字技术。
此外还采用某种数据通信总线结构来最大限度地降低互连复杂性，而不是对每个电源采用多个定制的互连进行时序和故障监视。
电源控制。
数控系统（数字控制系统）详细资料大全
数控系统（数字控制系统）详细资料大全数控系统是数字控制系统的简称，英文名称为（Numerical Control System），根据计算机存储器中存储的控制程式，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。
通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和开关量。
基本介绍•中文名：数控系统•外文名：Numerical Control System•全称：数字控制系统•配有：接口电路和伺服驱动装置发展,简介,基本构成,软体结构,硬体结构,相关系统,运动轨迹,伺服系统,加工工艺,功能水平,重要因素,常见故障,五轴数控简介,工件坐标旋转,RTCP,刀具矢量编程,五轴斜面加工,五轴插补,工作流程,发展数控系统及相关的自动化产品主要是为数控工具机配套。
数控工具机是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透而形成的机电一体化产品：数控系统装备的工具机大大提高了零件加工的精度、速度和效率。
这种数控的工作母机是国家工业现代化的重要物质基础之一。
数值控制（简称“数控”或“NC”）的概念是把被加工的机械零件的要求，如形状、尺寸等信息转换成数值数据指令信号传送到电子控制装置，由该装置控制驱动工具机刀具的运动而加工出零件。
而在传统的手动机械加工中，这些过程都需要经过人工操纵机械而实现，很难满足复杂零件对加工的要求，特别对于多品种、小批量的零件，加工效率低、精度差。
1952年，美国麻省理工学院与帕森斯公司进行合作，发明了世界上第一台三坐标数控铣床。
控制装置由2000多个电子管组成，约一个普通实验室大小。
伺服机构采用一台小伺服马达改变液压马达斜盘角度以控制液动机速度。
其插补装置采用脉冲乘法器。
这台NC工具机的研制成功标志著NC技术的开创和机械制造的一个新的、数值控制时代的开始。
软体的套用在1970年的芝加哥展览会上，首次展出了由小型机组成的CNC数控系统。
数字控制理论及应用(讲稿)第一章 数字控制系统基本概念
数字控制理论及应用（讲稿）第一章数字控制系统基本概念随着计算机技术的广泛应用，自动控制理论和实践都发生了深刻的变化，以计算机为控制器的数字控制器在许多场合取代了模拟控制器，对各种被控对象实现自动控制。
采用计算机控制不但可以完成常规控制技术所能完成的功能，还可以完成一些复杂的智能控制功能，使控制品质更加优良，而研究数字控制系统基本理论的方法手段是以自动控制理论为基础的采样控制系统理论。
在控制系统中，传递信号有一处或几处是离散数字序列形式的脉冲或数码的控制系统称为离散控制系统。
离散控制系统的一个重要应用是计算机控制系统，计算机通过输入通道采集到被控参数并与系统给定进行比较后，偏差信号按预定控制规律进行运算，计算出的控制量通过输出通道输出到执行机构对生产过程进行控制。
由于被控对象的输入、输出通常为连续信号，而计算机的输入和输出信号都是数字信号，因而系统中必须有将模拟信号转换为数字信号的模/数（A/D）转换器，以及将数字信号转换为模拟信号的数/模（D/A）转换器。
数字控制系统的控制过程通常可归结为下述两步骤：1）数据采集：对被控参数的瞬时值（可以是多路被控量）进行检测，并输给计算机。
2）控制：对采集到的被控状态量与给定量进行比较分析，并按已定的控制规律发出控制信号，实时地通过执行机构控制对象参数。
以计算机为核心的控制系统种类繁多，而且规模也不同，但其基本组成是相似的。
典型的计算机过程控制系统的组成如图1.1所示。
图中模拟量输入通道是由传感器、变送器将被测量转换成统一的标准信号，经多路分时巡检送到A/D转换器进行模拟/数字转换，转换后的数字量通过接口送入计算机。
在计算机内部，用软件对采集的数据进行处理和计算。
输出的数字量通过D/A转换器转换成模拟量，然后由模拟量输出通道输出，实时地对被控量进行控制。
对于开关量信号则通过开关量输入（DI）和开关量输出（DO）通道进行采集和控制。
自动控制的任务是控制某些物理量按照设定规律变化。
核电厂数字化控制系统信息安全分析与策略
核电厂数字化控制系统信息安全分析与策略摘要：在核电厂发展过程中，数字化仪控系统是其正常运行的重要因素，所以数字化控制系统信息安全是相关人员一直以来所关注的重点。
在日常工作中，对数字化仪控系统进行定期检查对于核电厂未来的可持续发展具有十分重要的影响。
根据对核电厂数字化仪控系统的发展情况分析，目前仍有一部分安全风险存在于核电厂数字化控制系统之中，这也在一定情况下限制了数字化仪控系统在核电厂中的发展。
因此本文主要就核电厂数字化控制系统信息安全进行分析探讨，并提出一些个人观点，以供参考。
关键词：核电厂；数字化控制系统；信息安全；防护策略；1 核电厂数字化控制系统的作用在核电厂发展过程中，数字化控制系统是其运行的重要手段，能够使操作人员有效把控日常运行。
数字化控制系统中的技术被广泛地应用到核电厂各项工作中，可以通过电子件计算机技术、控制技术等，为核电厂工作人员提供更为精准的电路信息，包括核电厂断路运行路径和情况等，使核电厂工作人员能够充分明确核电厂电路在异常运行现象，从而在各种先进技术的支持下，使核电厂工作人员能够通过对数字化系统中的异常分析，实现对电路运行的检查，促使核电厂的正常运行。
2 核电厂的数字化控制系统（1）核电厂的数字化控制系统是通过工程师站、现场控制站、信息服务站、通信控制站、系统控制和网络管理等部分组成了运行和控制中心。
（2）数字化控制系统还包括电厂控制系统、多样化的驱动系统、数据显示与处理系统和保护欲安监系统等子系统。
（3）系统的分层网络结构中包含过程接口层、自动控制和保护层、操作和信息管理层、全厂技术管理层 4 层结构。
（4）过程接口层包括测量设备和执行器接口设备。
（5）自动控制和保护层包括信号采集，调制和处理设备，负责不同电厂系统的监控。
（6）操作和信息管理层包括可以使人员能够操纵电厂，监督电厂状态，并对电厂实施运行服务的常规设备和计算机设备。
（7）全厂技术管理层包括支持现场管理应用以及与场外设施通讯的计算机设备。
数字控制系统(科技术语)
3.复杂计算。计算机具有快速实现复杂计算的功能，因而可以实现系统的最优控制、自适应控制等高级控制 功能和多功能计算调节。
控制过程
控制过程
数字控制系统的控制过程可分为三部： 1.实时采集数据。对被控对象的被控参数进行实时检测，同时传送给计算机进行处理。 2.实时决策。对采集到的被控参数的状态量进行分析，并按照某种控制算法计算出控制量，决定下一步的控 制过程。 3.实时控制。根据决策实时地向执行器发出控制信号。 “实时”是指信号的输入、计算、输出都要在采样间隔内完成。计算机控制系统的这种控制作用不断地重复， 使得整个系统能够按照一定的动态品质指标进行工作，并且使整个控制系统达到所需要的性能指标；同时对被控 参数和设备本身所出现的异常状态能够进行监测和处理。
数字控制系统由计算机、外部设备、操作台、输入通道、输出通道、检测装置、执行机构、被控对象以及相 应软件组成。
1.计算机
计算机是数字控制系统的核心，通过接口可以向系统的各个部分发出各种控制指令，同时对被控对象的被控 参数进行实时检测和处理。其功能是完成程序存储、数值计算、逻辑判断、数据处理。
2.过程输入、输出通道
数字控制系统（科技术语）
科技术语
01 简介
03 组成 05 控制过程
目录
02 发展 04 主要作用 06 设计
基本信息
早期的数控系统是由硬件电路构成的称为硬件数控（Hard NC），1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用 的计算机代替而称为计算机数控系统，一般是采用专用计算机并配有接口电路，可实现多台数控设备动作的控制。 因此现在的数控一般都是CNC（计算机数控），很少再用NC这个概念了。
自动控制原理之数字控制系统分析PPT课件
lim f (nT ) { f [(n 1)T ] f (nT )} f (0) lim(z 1)F (z)
n
n0
z 1
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6．卷积定理
如果 c(kT ) k g[(k ，n则)T ]r(nT ) n0
证明：
C(z) G(z)R(z)
k
C(z) g[(k n)T ]r(nT )zk k0 n0
7．Z域尺度定理
• 若已知
f (kT的)z变换函数为
，则
F(z)
Z[ak
f
(kT
)]
F
z a
其中，a 为任意常数。
证明：
Z[ak f (kT )] ak f (kT ) zk k 0
k 0
f
(kT
)
z a
k
F
z a
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三、 z 变换的方法
1．级数求和法 思想：只要知道连续函数 f (t) 在各个采样时刻 的数值，即可按照z变换的定义求得其z变换。
f (t) • 若
的 z变换为 ，则
F(z)
Z[ f (t nT)] znF(z)
n1
Z[ f (t nT ) zn[F (z) f (kT )zk ] k 0
第22页/共46页
证明:
Z[ f (t nT )] f (kT nT )zk
k 0
zn f (kT nT )z(kn)
n0
n0
• 因为只在采样瞬间时才有意义，故上式也可写成
e*(t) e(nT )T (t nT ) n0
第9页/共46页
2 保持器
• 原因：连续信号经过采样器后转换成离散信号，经由脉 冲控制器处理后仍然是离散信号，而采样控制系统的连 续部分只能接收连续信号，因此需要保持器来将离散信 号转换为连续信号。
数字控制的调速自动控制系统
微机数字控制系统的控制规律是靠软件来实现的， 所有的硬件也必须由软件实施管理。微机数字控 制双闭环直流调速系统的软件有：
– 主程序
– 初始化子程序
– 中断服务子程序等。
1. 主程序——完成实时性要求不高的功能，完 成系统初始化后，实现键盘处理、刷新显示、 与上位计算机和其他外设通信等功能。
2. 初始化子程序——完成硬件器件工作方式的 设定、系统运行参数和变量的初始化等。
• 增量式PI调节器算法
k
u(k) KPe(k) KITsam e(i) KPe(k) uI (k) i 1
KPe(k ) KITsame(k ) uI (k 1)
u(k) u(k) u(k 1) KP e(k) e(k 1) KITsame(k)
PI调节器的输出可由下式求得
O
样，形成一连串的脉冲
f(nT)
信号，即离散的模拟信
号，这就是离散化。采
样周期根据香农采样定
理决定。
原信号
t
采样
O 1 2 34 …
n
• 数字化：
采样后得到的离散信号本 N(nT)
质上还是模拟信号，还须
经过数字量化，即用一组
数码（如二进制码）来逼
近离散模拟信号的幅值，
将它转换成数字信号，这
就是数字化。
6 输出变量——微机数字控制器的控制对象是 功率变换器，可以用开关量直接控制功率器件 的通断，也可以用经 D/A 转换得到的模拟量 去控制功率变换器。
随着电机控制专用单片微机的产生，前者逐 渐成为主流，例如Intel公司8X196MC系列和 TI公司TMS320X240系列单片微机可直接生成 PWM驱动信号，经过放大环节控制功率器件， 从而控制功率变换器的输出电压。
第8章 数字控制系统简介
8.2 Z变换
Z变换的运算符z是前移运算符，与拉普拉斯变换的s类似
如u(z)
→u(kT);则 zu(z) →u(kT+T)
例：求I控制器的差分方程
U ( s) ki 1 u ( z ) 0.05( z 1) ;(ki 1); ;(T 0.1) E ( s) s s e( z ) z 1 0.05( z 1)e( z ) ( z 1)u ( z ) 0.05[e(k 1) e(k )] u (k 1) u (k ) u (k 1) u (k ) 0.05[e(k 1) e(k )] T 0.1 ui (k 1) ui (k ) ki [e(k 1) e(k )] ui (k ) [e(k 1) e( k )] 2 2
1 2 ωb 3.19 rad/s, T 0.1 20 b
5.25 z 4.75 4.2 z 3.8 T 0.05 D( z ) 1.25 z 0.75 z 0.6
例6.14
超前补偿控制器的实现（p285）
5.25 z 4.75 4.2 z 3.8 T 0.05 D( z ) 1.25 z 0.75 z 0.6
2 n
b n (1 2 ) 2 4 4 10.1(rad / s)
2 2 4
k p 1; ki 2; k p 0;
s 20b 202(rad / s) 2 T 0.031s s
T e(k 1) e(k ) [ud (k 1) ud ( k )] 2k d 2k d ud (k 1) [e(k 1) e(k )] ud (k ) T
8.2 Z变换
智能控制系统的数据处理与分析
智能控制系统的数据处理与分析智能控制系统在现代工业和科技领域中广泛应用，它能够实时采集和处理各种数据，以优化和改进系统的性能。
数据处理和分析是智能控制系统的关键环节，它们为系统的决策和优化提供了基础。
一、数据采集与传输智能控制系统首先需要采集各种与系统运行相关的数据。
这些数据可以来自于传感器、监测仪器、控制器等设备。
数据采集的方式可以通过有线或无线的方式实现，具体采用哪种方式取决于系统的需求和实际情况。
为了保证数据的准确性和可靠性，数据传输也需要进行严格的管理和控制。
数据传输可以采用以太网、无线网络等通信技术，确保数据能够及时传输到处理和分析系统。
二、数据预处理数据采集后，需要进行数据预处理以滤除噪声和异常值，提高数据的可靠性和准确性。
数据预处理的方法包括数据去噪、数据平滑、数据插值、数据分类等。
通过数据预处理，可以减少对后续处理和分析的影响，提高系统的可靠性和稳定性。
三、数据存储与管理智能控制系统需要对大量的数据进行存储和管理。
数据存储的方式可以是本地存储或云端存储，具体选择取决于系统的需求和实际情况。
对于大规模数据存储和管理，一般采用数据库系统进行管理，以提高数据的检索和处理效率。
数据存储与管理还包括数据备份和恢复，以防止数据丢失或损坏。
定期的数据备份可以确保数据的安全性和可用性，以应对各种意外情况。
四、数据分析与建模数据处理和分析是智能控制系统的核心部分。
通过对采集到的数据进行分析和建模，可以发现数据之间的关联性和规律性，为系统的决策和优化提供支持。
数据分析的方法包括统计分析、机器学习、人工智能等。
通过这些方法，可以对数据进行分类、聚类、回归分析等，从而揭示数据的内在规律和趋势。
数据建模是基于采集到的数据构建模型，用于描述和预测系统的行为。
常见的数据建模方法包括回归模型、神经网络模型、支持向量机模型等。
五、数据可视化与报表数据处理和分析的结果需要以直观的方式呈现给使用者。
数据可视化可以通过图表、曲线等方式展示数据的特征和趋势，使使用者能够更直观地理解和分析数据。
07数字控制系统
步进式压力阀
步进式流量数字阀
目前实际工业使用的三种电液控制系统比较
▪ 上述三种系统，1 和2 系统实质都为模拟控制系
统。3 则为全数字式控制系统，若此系统指令信 号为模拟量时，可通过A/D转换成数字信号输送 给微机；但其主回路仍保持数字控制，故仍为全 数字式系统。这两类系统的根本区别是：前类的 理论基础为线性控制理论，即主要元件（放大器、 伺服阀等）以连续流体，连续电量运行均呈线性 特征；而后类则以离散理论为基础的“0”、“1” 为特征脉冲流体控制，输入、输出均为数字量。
4）在性价比方面，后类明显高于前类。 可见，全数字式电液控制系统具有结构简单工作可 靠，性价比高等独特优势。
数字阀分类
▪ 1、高速开关阀– 脉宽调制式高速开关数字阀简称高速
开关数字阀、有二位二通和二位三通两种， 二者又各有 常开和常闭两类。高速开关数字阀控制的基本原理是： 用经过调制的脉冲信号来控制阀口的高速开关， 以改变 阀口开启与关闭的时间比来调节阀输出的平均流量或压 力。高速开关阀的阀口只有两个确定的位置， 与计算机 接口联结极为方便， 且抗污染能力与抗干扰能力俱佳。 图 １ 是电磁铁驱动的滑阀式二位三通高速开关数字阀的 结构示意图。
阀组式数字流量控制系统特性
3、步进式（离散式比例阀）
▪ 步进式数字阀是利用步进电机作为电 —
机械转换器的，步进电机接收脉冲序列的 控制，输出位移转角，转角与输入的脉冲 数成正比。然后通过机械转换装置，一般 为齿轮减速的凸轮机构或螺杆机构，把转 角变成阀芯的阀位移，使阀口开启或关闭。 步进电机转过一定的角度相当于数字阀的 一定开度。因此，这种阀可以控制相当大 的流量和压力范围。
两类系统在结构、元件特性上具有完全不同的特点： 1）元件特性要求不相同。即前类元件特性必须
数字控制系统建模与分析教学课件PPT
Gd (z)
4.3.1 解析法
已知连续对象传递函数为G ( s ),
零阶保持器传递函数为Gh0 (s)
1
e Ts s
，
由于保持器与对象之间无采样开关，所以可视为串联 在一起的一个连续对象。求其Z传递函数：
Gd (z) Z[Gh0 (s)G(s)] Z[ 1 e Ts G(s)] s (1 z 1 )Z[ G(s) ] s
j0
j0
m0
所以可采用阶跃响应试验法为离散系统建模。
y(t)
h(4) h(3) h(2)
h(1)
0 T 2T 3T 4T
t
辨识步骤： 1. 在带零保的对象前施加1*(t)，得到阶跃响应y(t)； 2. 取y(t)在采样点上的值y(k)； 3. 由离散卷积和定理求h(k)=y(k)-y(k-1) ； 4. 得到带零保的对象的Z传递函数：
1 D(z)G1 (z)G2G3 (z)
G3 (s)
r(t)
y(t )
G1 (s)
Y (z) RG1 (z)
G2 ( s)
1 G1G2 (z)
例4-4-1 求系统H(z)及单位阶跃响应，T=1s, K=1。
r(t)
ZOH
K s(s 1)
y(t )
y(t T ) e Ts
解 ： （1） 求Gd (z)
F (z, ) Z[F (s)e Ts ] f (kT T )z k k 0
2 迟 后 改 进Z变 换
f (t) f (t ), 0 T .令 lT , m 1 l 则0 m, l 1
F (z, m) z 1 Z[F (s)e mTs ] f (kT lT )z k k 0
基于数字控制器的控制系统
基于数字控制器的控制系统
一数字控制器.
1.数字控制器的设计就是设计和实现满足控制要求哦控制算法.
（1）先解决它的数学模型和分析工具.
（2）连续系统中的输出和输入的关系用微分方程描述
（3）采用拉式变换
（4）输入和输出之间的变量的关系用差分方程
2.PID模拟调节器是连续系统总是用非常广泛的控制器
3.PID是指比例（proportional），积分（integral），微分（differential）.
4.用计算机实现PID控制，即模拟PID控制规律数字变化
5.
6.PID算法的作用
（1）比例：迅速反应的误差，但不能消除稳态误差，kp大稳态误小，但过大会引起不稳定（2）积分：消除静差，但是容易引起超调，甚至出现震荡。
（3）微分：减小超调，克服振荡，提高稳定性，改造系统的动态特性，但是干扰放大器，抗干扰能力下降。
7. PID控制的原理和特点
在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用
时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。
PID控制，实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
基于PLC数字化控制系统智能应用技术探讨
基于PLC数字化控制系统智能应用技术探讨PLC数字化控制系统作为现代工业生产中的核心控制技术，已经得到广泛应用。
随着智能化技术的发展，智能化PLC控制系统也成为工业生产数字化化的重要推手，实现了自动化与智能化的完美结合。
本文将从PLC数字化控制系统智能应用技术的角度，对其进行探讨。
一、智能化PLC控制系统的构成智能化PLC控制系统实现智能化主要通过以下技术手段：1.传感器技术通过传感器技术获取生产现场的各种信号信息，包括温度、压力、流量、位置、速度等多种参数。
传感器技术的应用可以使PLC控制系统实现更为智能化、自动化的生产过程控制。
2.智能控制单元智能控制单元是智能化PLC控制系统的核心部分，主要负责信号处理、控制策略、算法运算等。
智能控制单元可以根据传感器获取的信息实时计算出最佳的控制策略，并根据该策略实现生产过程的自动化控制。
3.网络通信技术PLC数字化控制系统可以通过网络通信技术与其他设备进行通信，实现分布式控制。
例如，可以将智能控制单元集成在控制器中，通过网络通信和其他设备进行连接控制。
这种技术适用于生产过程比较复杂、需要多个设备进行协作的场景。
1. 食品饮料生产线食品饮料生产线至其从原料进料到成品包装的整个生产过程，需要进行多次复杂的加工和处理。
如何确保整个生产线的稳定性和效率，保证产品质量和生产效率是非常重要的。
针对这一需求，智能化PLC控制系统可以应用传感器技术实时监测生产流程中各种参数，通过智能控制单元实时计算控制策略，实现生产过程的自动化与智能化控制。
2. 工业自动化生产线工业自动化生产线是PLC数字化控制系统的主要应用场景之一。
智能化PLC控制系统可以应用于车间的自动化控制、物流输送设备、机器人设备等场景，大大提高了生产效率和质量。
1.自动化控制应用智能化PLC控制系统，通过传感器技术对生产现场进行实时监测，可以实现自动化控制。
这样可以大幅度减少人工操作、缩短生产周期，提高生产效率和质量。
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1 0 T t -1
g h (t )
1 0 T t
图7-6 零阶保持器的单位脉冲响应
令式中的 s＝jω，可以求得零阶保持器的频率特性
1 e jT Gh ( j ) Gh ( j ) Gh ( j ) j
Gh ( j ) T
T
sin(T / 2) T ，Gh ( j ) T / 2 2
r (t ) +
e( t )
e* ( t )
-
T
脉冲 控制器
保持器
被控对象
c(t )
图7-1 采样控制系统
4. 数字控制系统
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。
采样开关的功能是通过计算机程序来实现的。模拟信号经 A/D采样器转换后，不仅在时间上离散，在幅值上也是离
1. 什么是离散系统？
依据系统中的信号形式分类：
连续时间系统：所有信号都是时间变量的连续函数 离散时间系统：某些信号是一串脉冲或数码 采样控制系统：离散信号是脉冲序列； 数字控制系统：离散信号是数字序列。
2. 为什么要研究离散系统？
科技进步，数字控制器取代模拟控制器：
脉冲技术；
G h ( j )
2
0
s
Gh ( j)
2 s
3 s
4 s
5 s
图7-7 零阶保持器的幅频特性和相频特性
零阶保持器
T=0.2
T=0.4
T=0.8
T=3
几点说明：
幅值随角频率的增大而衰减，具有明显的低通 特性； 除了主频谱外，还存在一些高频分量； 产生相角滞后，使闭环系统稳定性变差；
调制器
(d)采样器
图7-4 理想采样过程
采样开关的周期性动作相当于产生一串理想脉冲 序列
T (t ) T (t nT )
n 0
输入模拟信号经过理想采样器的过程相当于调制 在载波上的结果
e (t ) e(t )T (t ) e(t ) T (t nT ) e(t )T (t nT )
e( t ) e( t )
e* ( t )
S T (a)
e* ( t )
τ
0 (b)
t
0
τ T 2T
(c)
t
图7-3 实际采样过程
理想采样器
采样开关的闭合时间τ=0。
e( t )
T (t )
e (t )
*
T (t )
e* ( t )
0
t (a)
0
T 2T 4T (b)
t
0
e( t )
t (c)
输出信号为阶梯信号，产生半周期的时间滞后；
输出信号为阶梯信号同时增加系统输出纹波。
3 香农采样定理
问题的提出：采样信号的信息并不等于连续信号的 全部信息，如何从采样信号中不失真地复现原来的 连续信号？ 信号频谱：
连续信号：单一频谱，ω为频谱中的最大角频率 采样信号：以采样角频率ωs为周期的无穷多个频谱之和
u* (t ) uh (t ) u* (t )
0
T 2T 3T
t
零阶 保持器
uh (t )
0
T 2T 3T
t
图7-5 零阶保持器的输入和输出信号
零阶保持器的单位脉冲响应如下图所示，可表示为
gh (t ) 1(t ) 1(t T )
上式的拉氏变换式为
1 eTs Gh ( s) s
制等。
分析与设计基础:离散系统理论。
• 采样与保持；
• z变换理论； • 脉冲传递函数。
3. 采样控制系统
其特征是系统中有一处或多处采样开关，如下图所示。采 样开关后的信号就不是连续的模拟信号，而是在时间上离 散的脉冲序列，称为离散信号。
采样的方式是多样的，例如周期采样、多速率采样、随机
采样等，本章只讨论周期采样。
* n 0 n 0
因为只在采样瞬间时才有意义，故上式也可写成
e* (t ) e(nT )T (t nT )
n 0
2 保持器
原因：连续信号经过采样器后转换成离散信号，经由脉冲 控制器处理后仍然是离散信号，而采样控制系统的连续部 分只能接收连续信号，因此需要保持器来将离散信号转换 为连续信号。 零阶保持器：一种采用恒值外推规律的保持器。它把前一 采样时刻的的不增不减地保持到下一个采样时刻，其输入 信号和输出信号的关系如下图所示。
Cn是傅氏系数,其值为： 0 1 1 ω ω ≥ 2 s m Cn (t )dt T 或： T 0
1 jnst T ≤ π / ω e m δT(t) = T n
1 e* (t ) e(t )e jnst T n
E * ( j )
n*
E ( j )
E * ( j )
1/T
m 0
m
t
m 0
m
t
s / 2
图7-8 连续信号频谱
s / 2
图7-9 采样信号频谱
采样信号的频谱
δT(t) = cne 滤波器的宽度满足什么
jnst
条件时能从 E ( j ) 得到 ω 为采样角频率, Es (=2 jπ ) /T??!
数字式元部件；
数字计算机； 微处理器。
数字控制优势：
计算机在控制精度、速度、性能价格比的优越性
； ；
计算机具有很好的通用性，可以方便改变控制规律
直接数字控制发展到计算机分布控制;
对单一的生产过程进行控制到实现整个工业过程的控制 ; 从简单的控制规律发展到更高级的优化控制、自适应控
2006年度浙江省精品课程
自动控制原理
杭州电子科技大学 “自动控制原理”精品课程课题组 2008.12
第七章 线性离散系统的分析
7.1 引言 7.2 信号的采样与保持 7.3 z变换理论
7.4 离散系统的数学模型
7.5 离散系统的稳定性和稳态误差
7.6 离散系统的动态性能分析
7.1 引言
散的，称为数字信号 。
r (t )
+ -
e( t )
e* ( t )
T
数字 计算机
u* (t )
D/A 转换器
u (t )
被控对象
c(t )
A/D 转换器
量测 及变换
图7-2 数字控制系统
7.2 信号的采样与保持
1 采样过程
采样器（采样开关）：把连续信号变换为脉冲序列的装置。 采样过程：可以用如图7-3所示的一个周期性闭合的采样开 关S来表示。采样开关每隔 T秒闭合一次，闭合的持续时间 为 τ。