计算机控制系统-信号采样与分析演示

合集下载

计算机控制技术实验报告

计算机控制技术实验报告实验一信号的采样与保持一、实验目的1．熟悉信号的采样和保持过程。

2．学习和掌握香农(采样)定理。

3．学习用直线插值法和二次曲线插值法还原信号。

二、实验设备PC 机一台，TD-ACS 实验系统一套，i386EX 系统板一块。

三、实验原理香农（采样）定理：若对于一个具有有限频谱（max ωω<）的连续信号)(t f 进行采样，当采样频率满足max 2ωω≥s 时，则采样函数)(t f *能无失真地恢复到原来的连续信号)(t f 。

m ax ω为信号的最高频率，s ω为采样频率。

四．实验内容1．采样与保持编写程序，实现信号通过 A/D 转换器转换成数字量送到控制计算机，计算机再把数字量送到 D/A 转换器输出。

实验线路图如图2-1所示，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好，其它线系统已连好。

图2-1 采样保持线路图控制计算机的“OUT1”表示386EX 内部1#定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259的“7”号中断，用作采样中断。

正弦波单元的“OUT ”端输出周期性的正弦波信号，通过模数转换单元的“IN7”端输入,系统用定时器作为基准时钟（初始化为10ms ），定时采集“IN7”端的信号，转换结束产生采样中断，在中断服务程序中读入转换完的数字量，送到数模转换单元，在“OUT1”端输出相应的模拟信号。

由于数模转换器有输出锁存能力，所以它具有零阶保持器的作用。

采样周期T= TK×10ms，TK 的范围为01~ FFH ，通过修改TK 就可以灵活地改变采样周期，后面实验的采样周期设置也是如此。

零阶采样保持程序流程图如图2-2所示。

图2-2 零阶采样保持程序流程图实验步骤：（1）参考流程图2-2编写零阶保持程序，编译、链接。

（2）按照实验线路图2-1接线，检查无误后开启设备电源。

（3）用示波器的表笔测量正弦波单元的“OUT ”端，调节正弦波单元的调幅、调频电位器及拨动开关，使得“OUT ”端输出幅值为3V ，周期1S 的正弦波。

计算机控制系统PPT_1

生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；
生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
②实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。
设备口电路作台
口电路
多路开关 A/D
D/A
多路开关
数字量输入数字量输出I/O 通道传感器及变送器工
执行机构
业
对
象
信号检测
及变送
被控对象
2019/11/22
计算机控制系统的组成框图
第一章绪论
15
—计算机控制系统—
从本质上看，计算机控制系统的作用如下三个方面： ①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量
2019/11/22
第一章绪论
36
—计算机控制系统—
1-2-5 计算机控制系统的分类
现场总线控制系统工作站 — 现场智能仪表-智能电磁流量计
结构模式为：“工作站一现场总线智能仪表”二层结构，降低了成本，提高了可靠性，并且在统一国际标准下可实现真正的开放式互连系统结构。
2019/11/22
2019/11/22
第一章绪论
25
—计算机控制系统—
1-1-2 信号特点（7）
• 零阶保持器恢复信号的示意图
y
采样信号y(kT)
原信号y(t)
恢复信号yh(t)
t
2T 4T
6T
零阶保持器算式 yh(kT+t)=y(kT)
0≤t＜T, k=0, ±1,

信号的采集与处理PPT课件

.
2
信号
模拟信号
模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。模拟信号分布于自然界的各个角落，如每天温度的变化。电学上的模拟信号主要是指幅度和相位都连续的电信号，此信号可以被模拟电路进行各种运算，如放大，相加，相乘等。
• 转换时间，指从发出启动命令到转换结束获得整个数字信号为止所需要的时间间隔。
.
24
A/D转换器
2. A/D转换器的主要参数
例1：S3C2410中的A/D转换器 • 8路10位，并支持触摸屏功能。 • 精度位1.5位，量程为0~3.3V，最
大转换速率为500K。
例1
例2： 8位模数(A/D) 转换器 ADC0809
1.模数转换器与单片机的接口
.
28
单片机
2.模数转换器与单片机的接口的编程
查询方式：
.
29
单片机
2.模数转换器与单片机的接口的编程
定时采样方式向A／D发出启动脉冲信号后，先进行软件延时．延时时间取决于转换时间(
滤波器
低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器
低通
带通
高通
.
带阻 11
调理通道
2.滤波电路
2.1 RC无源滤波器
在测试系统中，常用RC滤波器。因为这一领域中信号频率相对来说不高。而RC滤波器电路简单，抗干扰强，有较好的低频性能，并且选用标准阻容元件。
1) 一阶RC低通滤波器
.
12
2.1 RC无源滤波器 2) 一阶RC高通滤波器
.
8
调理通道
1.放大电路
1.1直流放大电路

计算机控制系统理想采样开关的采样过程

计算机控制系统理想采样开关的采样过程采样或采样过程，就是抽取连续信号在离散时间瞬时值的序列过程，有时也称为离散化过程。

在计算机控制系统中，采样过程是不可缺少的。

对时间和幅值均连续的模拟信号经过采样得到在时间上离散、幅值连续的脉冲序列，由A/D转换器整量化后才能送入计算机进行处理和运算。

完成采样操作的装置称为采样器或采样开关。

采样过程的原理见图1，其中采样开关为理想采样开关，它从闭合到断开以及从断开到闭合的时间均为零。

采样开关平时处于断开状态，其输入为连续信号，在采样时刻即离散时间瞬时tk(k=0,1,2,…)进行由断开到闭合、然后再断开的动作，这样就在采样开关输出端得到采样信号：(1)图1 理想采样开关的采样过程虽然并不存在理想采样开关，但在实际应用中采样开关一般取为电子开关，其动作时间极短，远小于两次采样之间的时间间隔和被控对象的时间常数，因此可以将实际采样开关简化为理想采样开关。

这样做有助于简化系统的描述和分析工作。

根据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。

(1) 周期采样指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。

这里，相邻两次采样之间的时间间隔称为采样周期，记为T。

采样频率定义为fs=1/T；采样角频率定义ωs=2πfs=2π/T。

周期采样的采样时刻为0、T、2T、3T、...。

(2) 同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。

(3) 非同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。

(4) 多速采样如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。

在某些计算机控制系统中，为提高控制质量，对变化比较快的模拟量采用较高的速率进行采样和控制，对变化比较缓慢的模拟量采用较低的速率进行采样和控制，这就是多速采样。

多速采样可以用同步采样进行等效分析。

(5) 随机采样若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。

自动控制原理--信号的采样与复现

例1 设 e(t) 1(t) ，试求 e* (t) 的拉氏变换。
解：显然，对于给定的 e(t)，其拉式变换
为 E(s) 1 ，根据式(8-6)定义，可得
s
E* (s) e(kT ) ekTs 1 eTs e2Ts k 0
这是一个无穷等比级数，公比为eTs，求
级数和可得闭合形式
E*(s)
例3 xt Asin 0t ，求x t 和 X s 。
解：由拉式变换的一般公式，可得
L[x(t)] xs A0
s 2 02
所以，x(s)有两个极点。t 0时，xt 0 ，
由式（8-7）得
X s
A0 T
s
1
jks 2
02
A0 T
s2
1 02
s
1
js 2
02
s
1
js 2
jT
e2
sin T
T
sin(T
/
2)
e
jT
2
T 2 2
T / 2
• 零阶保持器的频率特性如图所示
Gh j
Gh j
T
0
s
2s
3s
2
Gh j
3
• 零阶除了允许主频谱分量通过之外，还允许一部分附加高频分量通过。因此复现出的信号与原信号是有差别的。
4、小结
• 采样控制系统的结构； • 计算机控制的采样系统的优点； • 采样过程和采样定理； • 零阶保持器的传函和特性。
（4）随机采样：采样是随机进行的,没有固定的规律
1、信号的采样过程
et
e* t
e* t
et T e*t
0
0
t

控制工程基础-计算机采样控制系统(2)

11
脉冲传递函数（10）
1.有采样开关分隔的两个环节串联时，其脉冲传递函数等于各环节的脉冲传递函数之积。
X (z) G1(z) R(z)
C(z) G2 (z) X (z)
将X(z)代入C(z) C(z) G2 (z)G1zRz
Cz Rz
G1
z
G2
z
2.没有采样开关分隔的两环节串联时，其脉冲传递函数为各个
2021/2/20
第九章计算机采样控制系统
15
脉冲传递函数（14）
令
G' p s Gp ss
并根据前面介绍的环节串、并联脉冲传递函数求取方法，参照上图
，则带保持器的广义控制对象脉冲传递函数
Gz
C1
z C2 U z
z
G1z
G2
z
G1z
C1 z U z
Z
Gp' s
Z
g p' t
G2z
1 G1H (z)
闭环传递函数 (z) 的推导步骤：
1) 在主通道上建立输出 C(z)与中间变量 E(z)的关系；
2) 在闭环回路中建立中间变量 E(z) 与输入 R(z) 的关系；
3) 消去中间变量 E(z)，建立C(z) 和 R(z) 的关系。
2021/2/20
第九章计算机采样控制系统
21
脉冲传递函数（20）
Gz ZGs
即符号 ZGs、ZL1Gs 和 Z g*(t) 、 ZgkT 是等价的。
Gz Zg*(t) ZgkT ZL1Gs ZGS
2021/2/20
第九章计算机采样控制系统
7
脉冲传递函数（6）
如果系统的输入为任意函数的采样脉冲序列 r(kT) ，其Z变换

天津大学计算机控制系统——第6.1课 (理解)计算机控制系统理论基础—采样与保持

1 e −Ts 1 − e −Ts = Gh 0( s ) = L [ g (t ) ] =− s s s
再令s=jw，得零阶保 1 − cos (ωT ) + j sin (ωT ) 1 − e − jωT − j = = h 0 ( jω ) 持器的频率特性为： G jω ω
sin (ωT ) − j 1 − cos (ωT ) =
本章要点总结
总结
1. 2. 3. 4. 1. 2. 3. 4. 计算机控制系统的信号流程采样定理采样周期的选择信号的恢复与保持画出计算机控制系统信号流程，并说明。采样周期的经验选择方法。如何理解信号的恢复过程？零阶保持器存在哪些局限性？
作业
第六章计算机控制系统理论基础
课程安排
• 与计算机控制系统相关的接口技术 • 计算机控制系统的输入输出通道 • 计算机控制数据预处理 • 计算机控制系统理论基础
讲课16学时
• 计算机控制系统分析 • 计算机控制系统设计（经典和现代）
计算机控制系统理论基础
本章结构 • 6.1 概述 • 6.2 采样与采样定理 • 6.3 信号的恢复与保持 • 6.4 Z变换和Z反变换 • 6.5 脉冲传递函数
模拟信号：定义在连续时间上的信号，且其幅值也是连续变
化的。
数字信号
计算机控制系统理论基础
本章结构 • 6.1 概述 • 6.2 采样与采样定理 • 6.3 信号的恢复与保持 • 6.4 Z变换和Z反变换 • 6.5 脉冲传递函数
6.2 采样与采样定理
1 什么是信号采样把一个连续信号变为离散信号的过程成为采样
6.3 信号的恢复与保持
3 零阶保持器-幅相特性其幅频特性和相频特性如图所示

计算机控制系统—采样保持器

—计算机控制系统—
例如，一个12位的A/D转换器，孔径时间100μs，基
准电源为10.24V，量化误差为LSB/2所代表的电压信号，
即
1 10.24
U
ห้องสมุดไป่ตู้
1.25(mV)
2 212
则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率为：
f max

U
U m 2t A/ D

1.25 103
5 2 100106
—计算机控制系统—
计算机控制生产现场的控制通道也有两个，即模拟量输出通道及数字量输出通道。
计算机输出的控制信号是以数字形式给出的。有的执行元件如连续调节阀要求提供模拟的电流或电压，故应采用模拟量输出通道来实现；有的执行元件如电磁开关只要求提供数字量（或开关量），故应采用数字量输出通道。
—计算机控制系统—
—计算机控制系统—
• 2.多路模拟量输入通道的结构 (1)多通道并联输入多通道并联输入由若干个单路模拟量输入通道组成。
• (2)多通道共用A/D转换器件形成 • 多路开关的作用是能按要求切换模拟量输入信号，确
保其中的某一路引入A/D转换器。
—计算机控制系统—
模拟量输入通道一般由信号处理器、多路转换器(多路开关)、放大器、采样—保持器(S/H)和A／D转换器组成。
过程报警信号、操作人员请求信号等
对执行器进行控制，显示、记录等
对执行器进行控制，灯显示、报警显示等
5.1 模拟量输入通道
—计算机控制系统—
模拟量输入通道的任务是，把从控制对象检测得到的模拟信号，变换成二进制数字信号，经接口送入计算机。
2020/2/2
7
—计算机控制系统—

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：

计算机控制实验报告

.《计算机控制技术》实验报告班级：学号：姓名：信息工程学院2016-2017-2实验1：D/A转换实验实验名称：D/A转换实验一．实验目的学习D/A转换器原理及接口方式，并掌握TLC7528芯片的使用。

二．实验原理TLC7528芯片，它是8位、并行、两路、电压型输出数模转换器。

会将数字信号转换成模拟信号。

三．实验容本实验输入信号：8位数字信号本实验输出信号：锯齿波模拟信号本实验数/模转换器：TLC7528输出电路预期实验结果：在虚拟示波器中显示数字信号转换成功的锯齿波模拟信号的波形图。

四．实验结果及分析记录实验结果如下：结果分析：为什么会出现这样的实验结果？请用理论分析这一现象。

D/A就是将数字量转化为模拟量，然后通过虚拟示波器显示出来，表现为电压的变化。

1.实验2：采样与保持实验实验名称：信号采样与保持一．实验目的1.熟悉信号的采样与保持过程2.学习和掌握采样定理3.学习用直线插值法和二次曲线插值法还原信号二．实验原理香农(采样) 定理：若对于一个具有有限频谱(|W|<Wmax)的连续信号f (t)进行采样，当采样频率满足Ws≥2Wmax 时，则采样函数f*(t) 能无失真地恢复到原来的连续信号f(t)。

Wmax 为信号的最高频率，Ws 为采样频率。

三．实验容本实验输入信号：正弦波模拟信号本实验输出信号：正弦波数字信号本实验采样信号：方波预期实验结果：1.在模拟示波器中成功显示采样与保持的正弦波信号。

2.成功在模拟示波器中还原输入的正弦波信号。

四．实验结果及分析记录实验结果如下：零阶保持增大采样周期失真3.直线采值二次曲线结果分析：为什么会出现这样的实验结果？请用理论分析这一现象。

实验3：数字滤波实验实验名称：数字滤波一．实验目的1.学习和掌握一阶惯性滤波2.学习和掌握四点加权滤波二．实验原理一般现场环境比较恶劣，干扰源比较多，消除和抑制干扰的方法主要有模拟滤波和数字滤波两种。

由于数字滤波方法成本低、可靠性高、无阻抗匹配、灵活方便等特点，被广泛应用，下面是一个典型数字滤波的方框图：三．实验容本实验输入信号：正弦信号干扰信号本实验输出信号：正弦波模拟量本实验采样信号：周期为5ms的方波本实验被控对象：预期实验结果：输入为带有毛刺的正弦波，经过滤波后，输出为正弦波信号四．实验结果及分析记录实验结果如下：5.结果分析：不同采样周期对实验结果的影响，使用理论分析这一结果。

计算机控制系统数据采集与处理技术全解

计算机控制系统数据采集与处理技术全解1. 引言计算机控制系统在现代工业自动化领域起着至关重要的作用。

在计算机控制系统中，数据采集与处理是其中的核心环节之一。

本文将全面介绍计算机控制系统数据采集与处理技术，包括数据采集的原理和方法、数据处理的技术和算法等。

2. 数据采集的原理和方法数据采集是指通过各种传感器和仪器，将现实世界中的各种物理量、事件等转化为计算机可以接受和处理的数字信号。

数据采集的原理主要涉及模拟信号的采样与量化、传感器的选择与应用等方面。

2.1 模拟信号的采样与量化模拟信号是连续变化的信号，为了能够在计算机中进行处理，首先需要将模拟信号进行采样和量化。

采样是指将模拟信号在时间上进行离散化，而量化是指将采样后的信号在幅度上进行离散化。

常用的采样与量化方法有脉冲采样、均匀量化和非均匀量化等。

2.2 传感器的选择与应用在数据采集过程中，传感器的选择和应用决定了数据采集的准确性和可靠性。

常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、速度传感器等。

根据不同的应用场景，选择合适的传感器进行数据采集，可以提高数据采集的精度和稳定性。

3. 数据处理的技术和算法数据采集是为了获取各种物理量和事件的数字信号，而数据处理则是对这些数字信号进行分析和处理，从中提取出有用的信息。

数据处理的技术和算法包括数据滤波、数据压缩、数据插值等。

3.1 数据滤波数据滤波是指对采集到的数据进行平滑处理，去除掉其中的噪声和干扰。

常见的数据滤波方法有移动平均滤波、中值滤波、滑动窗口滤波等。

3.2 数据压缩数据压缩是指对采集到的数据进行压缩编码，以减少存储空间和传输带宽的占用。

常见的数据压缩方法有哈夫曼编码、LZW编码、JPEG压缩等。

3.3 数据插值数据插值是指通过已知数据点之间的关系，推算出缺失数据点的数值。

常见的数据插值方法有线性插值、多项式插值、样条插值等。

4. 数据采集与处理系统的设计与实现在实际应用中，数据采集和处理通常并不是独立进行的，而是需要设计和实现一个完整的数据采集与处理系统。

计算机控制技术第3章计算机控制系统分析

第3章计算机控制系统分析 y(t) 1.6 1.4
a b
1.2
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 t
第3章计算机控制系统分析
(2) 现将图中的保持器去掉，k=1，T=τ=1；则
G (z)
W (z)
0 . 632 z (1 z
由此可见，离散系统的时间响应是它各个极点时间响应的线性叠加。
第3章计算机控制系统分析
设系统有一个位于zi的单极点，则在单位脉冲作用下，当zi位于Z平面不同位置时，它所对应的脉冲响应序列如图所示。
jIm j -1 0 -j 1 Re
第3章计算机控制系统分析
极点在单位圆外的正实轴上，对应的暂态响应分量y(kT)单调发散。极点在单位圆与正实轴的交点，对应的暂态响应y(kT)是等幅的。
第3章计算机控制系统分析
离散系统的稳定性分析
jω [S] 0
1 对应关系
jIm j -1 0 [Z]
1
Re
2 直接稳定判断
δ
j
3 W变换，Routh稳定性判断
j
ω
0
[W]
δ
第3章计算机控制系统分析
离散系统的过渡响应分析
一个控制系统在外信号作用下从原有稳定状态变化到新的稳定状态的整个动态过程称之为控制系统的过渡过程。一般认为被控变量进入新稳态值附近±5% 或±3%的范围内就可以表明过渡过程已经结束。通常，线性离散系统的动态特征是系统在单位阶跃信号输入下的过渡过程特性(或者说系统的动态响应特性)。如果已知线性离散系统在阶跃输入下输出的Z变换Y(z)，那么，对Y(z)进行Z 反变换，就可获得动态响应y*(t)。将y*(t)连成光滑曲线，就可得到系统的动态性能指标（即超调量σ%与过渡过程时间ts）。

计算机控制系统实验

K PTD 0.36 K PU T
实验三数字PID算法实验
（4）根据PID参数不同的控制作用，适当加以调整，重复做几次，直至超调量小于20％、调节时间小于1s。记录实验数据。
5. 实验报告内容
（1）编制应用软件程序实现数字PID控制器。给出程序流程图和程序清单。（2）给出PID参数整定的详细实验步骤。（3）记录实验数据，分析实验结果。
2. 实验仪器
（1）（2）（3）（4）（5）示波器一台 MCS－51单片机开发系统一套直流稳压电源（±5V）一台个人PC机一台函数发生器（也可用程序自行编制）一台
实验五最小拍无纹波控制算法实验
3. 实验原理
（1）过程原理以 8 9 C51 单片机为核心，将 8 位 A / D 转换器 ADC0809和DAC0832作为模/数和数/模转换环节，针对阶跃输入，利用单片机系统实现最小拍无纹波控制算法。借助示波器观测系统输出和控制器输出来观察最小拍无纹波算法对控制系统的作用效果及不同输入信号作用下的算法的适应性。记录实验数据，分析最小拍无纹波控制算法的作用。
实验六大林算法实验
（2）算法原理
1 eTs 10eTs 广义被控对象传递函数为 G( s) s s( s 1) 广义目标传递函数为
1 eTs eTs ( s) , T 0.2s, τ 0.1s s τs 1 则大林算法对应的数字控制器可表为
实验三数字PID算法实验
（2）算法原理数字PID控制算法可表述为
简记为
其中e(k)和u(k)分别为第k时刻的控制器的输入和输出。
实验三数字PID算法实验
4. 实验步骤
（1）按原理图E3.1连接实验电路。（2）设定采样周期为50ms，参考输入为单位阶跃输入，编制应用软件实现数字PID控制算法。（3）利用临界比例带法整定PID参数：先去掉微分和积分作用，增大KP，用示波器观测系统输出，直至系统出现等幅振荡，记下振荡周期TU 和此时的比例值KPU，按以下公式整定PID参数。 ① 用比例环节：KP=P=0.5KPU ② 用比例、积分调节（T取 1 TU )： 5 比例 KP=P=0.36KPU

互联网技术ppt课件

1.线性定理
设有连续时间函数
e t a 1 e 1 t a 2 e 2 t
若i为常数，则
E z Z e t a 1 E 1 z a 2 E 2 z
线性定理表明,时域函数线性组合的z变换等于各时域函数z变换的线性组合。
2.滞后定理
设e(t)的z变换为E（z），且t＜0时，e(t)=0,则
T
jT
e2
jT
e2
jT
e 2
j T 2
2j
T
jT
e2
sinT
Tsin(T/2)ej2T
T 2 2
T/2
• 零阶保持器的频率特性如图所示
Gh j
T
Gh j
0
s
2 s
3 s
2
Gh j
3
• 零阶除了允许主频谱分量通过之外，还允许一部分附加高频分量通过。因此复现出的信号与原信号是有差别的。
4、小结
• Z变换是研究采样系统主要的数学工具，由拉普拉斯变换引导出来，是采样信号的拉普拉斯变换。
• 连续信号f（t）的拉普拉斯变换为
F (s)L f(t)f(t)esd t t 0
• 连续信号f（t）经过采样得到采样信号
•
f*（t）为
f*(t)f(kT)(tkT)
k0
•
其拉普拉斯变换为
F*(s)Lf*(t) f(k)T ekT
种特性呢?
• 零阶保持器:把采样时刻KT的采样值不增不减地保持到下一个采样时刻（K＋1）T。
et et
T e*t e*t
Gh s eh t eh t
0 a)
t
0 T 2T 3T 4T t
0 T 2T 3T 4T t

信号的采样与保持

nT (2 s )
n0
n0

e e nT (1s)
nT (2 s )
n0
n0

e nT (1 s )
n0

1
e T (1 s)

e 2T (1 s )

1
1 e T (1 s)

eTs eTs eT
e nT ( 2 s )
采样和数字控制技术与连续系统相比有以下特点：
1)、由数字计算机构成的数字校正装置效果比连续校正装置好，而且由软件实现的控制规律、易于改变，控制灵活。 2)、采样信号，特别是数字信号的传递可以有效地抑制噪声，从而提高了系统的抗干扰能力。 3)、允许采用高灵敏度的控制元件，提高系统的控制精度。 4)、可以用一台计算机分时控制若干个系统，提高设备的利用率。 5) 对于大延迟系统，可引入采样的方式稳定。
7-2 信号的采样与保持
1. 采样过程 2. 采样过程的数学描述 3. 香农采样定理 4. 采样周期的选取 5. 信号保持
2、采样过程的数学描述
(1)、采样信号的拉氏变换
对e*(t)进行拉氏变换，可得
E*(s)
L[e*(t)]
L

e(nT
)
(t

nT
)

e(nT)L (t nT)
cn

1 T
T / 2 (t )e jnst dt 1
T / 2
T
0
(t)dt

1
0
T
T
(t)

1 T

e
n
jn s t

自动控制原理第七部分采样系统

n 0
1 1 1 1 2 3 ....... z z z
上式是一个公比为 1 ,首项为 1 的几何级数 ,其和为: z 1 z E( z) . z 1 -1 1- z z -1
例7-5
求理想脉冲序列
T (t )
n 0
的z变换
e(t ) T (t ) (t nT )
E ( z)
1 z ( z 1 1) 1 z 1 z 1
e* (t )
从例7-4和例7-5可见,相同的z变换 E(z) 对应于相同的采样函数 ,但是不一定对应于相同的连续函数 e(t).
例7-6
求指数函数
e(t ) e-at
anT
的 z变换
解:
E( z) e
解: 因为 T 为采样周期,故
*
e (t ) T (t ) (t nT )
由拉氏变换知因此
E * ( s ) e nsT
n 0
E ( z ) z n 1 z 1 z 2
的z变换为 (t )
T
n 0
n 0
把上式写成闭合形式.得
iii、z变换的收敛和特性
z变换定义为 E ( z ) e(nT ) z n
以z为自变量的罗朗级数。收敛条件 z 1
n 0

7.3.2
z 变换方法
⑴ 级数求和法（从定义出发）例7-4 求单位阶跃函数的z变换
解 : 因为e(t ) 1(t ) 所以E ( z ) Z 1(t ) 1(nT ) z n
图7-9 零阶保持器的频率特性 ③ 时间滞后特性.零阶保持器的输出为阶梯信号eh(t),其平均响应

计算机控制系统PPT_4 (2)

第三章计算机控制系统中的控制策略 16
2015/8/24
—计算机控制系统—
4-1-4 软测量简介（1）
问题的提出背景
实际生产过程中，一些重要质量指标变量如精馏塔的产品组分浓度、生物发酵罐中菌体浓度等都难以直接测量，以前的解决方法：（1）采用间接的质量指标：如温度控制（2）采用在线分析仪表
5
—计算机控制系统—
4-1-1 采样数据的合理性判别及报警(1)
越限的限幅与报警
设某通道当前采样值为y(k) yL ≤y(k)≤yH 时; y(k)为当前采样有效值 y(k)>yH , 取 y(k)= yH (上限值)，报警 y(k)<yL , 取 y(k)= yL (下限值)，报警
2015/8/24
2015/8/24 第三章计算机控制系统中的控制策略 27
—计算机控制系统—
4-2-1 标准数字PID控制算法（5）
PID增量算式的另一种形式
u(k ) K c [e(k ) e(k 1)] Ki e(k ) K d [e(k ) 2e(k 1) e(k 2)]
软测量模型精度保证机制：在线自校正和不定期的模型更新
2015/8/24
20
—计算机控制系统—
第二节 Unit 2
数字PID控制算法 Data PID Control Arithmetic
2015/8/24
第三章计算机控制系统中的控制策略
21
—计算机控制系统—
本节主要内容
标准数字PID控制算法
9
—计算机控制系统—
4-1-2 数字滤波—平均值滤波法（2）
实现方法
–可以在一个采样瞬间对一个测点多次