采样控制系统分析基础
控制工程基础(总结)
输出：
xo
(t)
1 T
t
eT
,
t0
（3）一阶系统的单位速度响应
输入信号： xi (t) t
输出：
xo
(t
)
t
T
t
Te T
,
t0
系统对输入信号导数的响应等于系统对该 输入信号响应的导数。系统对输入信号积分 的响应等于系统对该输入信号响应的积分， 其积分常数由初始条件确定。
时间常数T反映了一阶惯性环节的固有特性， 其值越小，系统惯性越小，响应越快。
控制工程基础
课程总结
《控制工程基础》课程的基本内容
控制系统 工作 控制系统 的组成 原理 的分类
PID校正
控制系统的概念 分析
滞后校正
控制系统
校正
常用校 正方式
设计
对控制系统的基本要求
超前校正
滞后—— 超前校正
稳定性 准确性 快速性
时域分析法 频域分析法
一、控制系统的概念
1. 工作原理：
首先检测输出量的实际值，将突际值与给定值（输入 量）进行比较得出偏差值,再用偏差值产生控制调节信号 去消除偏差。
试判断系统的稳定性。
2．已知开环传递函数，求系统稳定时的某参数的取值。
设某闭环控制系统如图4所示，试确定k为何值时，该系统稳定？
Xi(s)
1
_ s 1
k s(s 4)
X0(s)
3．根据Nyquist图、Bode图直接判断。
五．方框图简化
基于方框图简化法则，试求取图所示方框图对应的传递函数。
Xi(s)
校正的实质就是改变系统零、极点数目和位置。
（二）常用校正方式 1.串联校正 2. 并联校正 3. 复合校正
材料试验机集成数据采集及控制系统
材料试验机集成数据采集及控制系统摘要在本文之中，主要是针对材料试验机集成数据采集以及控制的系统做出了全面的分析研究，在这个基础之上提出了下文中的一些内容，希望能够为同行业工作的人员提供一定价值的参考。
关键词材料；试验机；集成数据；控制系统；分析导言所谓的材料试验机，主要是为测定材料的机械以及结构强度等方面较为重要的一个仪器，也是广泛地应用到了水利、机械以及航空等部门之中，现如今我国依然是广泛使用WE系列液压万能材料的试验机，然而此种试验机存在着精度不足以及人为因素比较多的缺点，要是采取一刀切的方法，对现有的试验机进行淘汰，那么将会造成比较大的浪费。
所以通过现代先进的测试技术，对其现有的材料试验机进行改造，能够更好地实现自动检测以及自动处理数据，全面的去提高测量的精度。
1 测控系统的组成分析针对材料试验机而言，测控系统主要是采取了上和下位机的结构，根据PC 作为其上位机，以dilphi软件作为其开发的平台，进而负责管理方面的工作，更好地去实现实时图形的显示，数据可以存入Access数据库对其下位机发出相应的指令信号，以A VR单片机作为其下位机，也是负责对信号的采集以及现场对象的一个控制。
上、下位机通过串口通信更好地实现了管理以及操作[1]。
2 上位机的设计分析对于上位机而言，主要是根据Delphi作为其开发的平台，并且主要是采用了面向对象的编程技术，也是为新一代可视化的开发工具。
由于其功能较为强大而且操作简单、容易等方面的特点，因此，Dephi7开发的环境更好地实现了上位机的程序设计，并且也是完成了对下位机的监督控制和操作管理等方面的功能，能够分为数据的发送以及接收和数据的显示以及打印、存储等。
每一程序的功能主要如下所示：一是数据的发送以及接收的模块功能主要是和下位机能够实现通信，并且能够交换大量的数据，在主界面之中，主要是可以设置TButton的元件，从而打开串口以及关闭串口则是应用到对串口的控制，需要设置两个TbitBtn的元件数据传送以及停止传送则是应用到数据的传送。
控制基本模型-概述说明以及解释
控制基本模型-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述在控制理论和应用中，控制基本模型是指用于描述和分析控制系统的数学模型。
控制基本模型是控制工程师和研究人员研究和设计控制系统时的基础，它提供了系统动力学行为的描述以及控制方法的分析和设计。
控制基本模型可以采用多种形式，包括传递函数模型、状态空间模型和输入-输出模型等。
这些模型通常基于系统动力学方程和输出-输入关系来建立。
通过对模型进行数学分析和仿真实验，我们可以深入了解和预测控制系统的行为，并针对不同的应用需求进行优化设计。
本文将重点介绍控制基本模型的定义和控制方法的介绍。
首先，我们将详细讨论基本模型的定义，包括传递函数模型、状态空间模型和输入-输出模型的基本原理和特点。
然后，我们将介绍一些常用的控制方法，如比例积分微分控制（PID控制），模糊控制和自适应控制等。
这些控制方法可以根据系统的需求和特点来选择和应用。
通过本文的学习，读者将能够理解和掌握控制基本模型的概念和基本原理，了解不同类型的控制方法的适用范围和特点。
同时，读者还将能够应用所学知识来设计和优化控制系统，提高系统的性能和稳定性。
总之，控制基本模型是控制系统设计和分析的基础，具有重要的理论和实际意义。
通过研究和应用控制基本模型，我们可以不断改进和优化控制系统，提高系统的性能和效果。
1.2文章结构1.2 文章结构本文的目的是探讨控制基本模型，并介绍相关的控制方法。
为了更好地组织本文的内容，文章结构如下所示：引言部分将在1.1概述中简要介绍控制基本模型的背景和意义，并在1.3目的中明确阐述本文的研究目标。
正文部分将分为两个小节进行讲解。
首先，在2.1基本模型定义中，我们将详细阐述控制基本模型的定义和内容，包括其在控制系统中的作用和应用领域。
其次，在2.2控制方法介绍中，我们将介绍几种常见的控制方法，包括PID控制器、模糊控制和神经网络控制等，以及它们在控制基本模型中的应用。
结论部分将在3.1总结中对本文进行总结，回顾并强调本文的重点内容和研究成果。
《自动控制原理》教学大纲
自动控制原理》教学大纲一、课程的性质、地位与任务本课程是电力系统自动化技术专业的基础课程。
通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基础理论，并具有对简单连续系统进行定性分析、定量估算和初步设计的能力，学生将掌握自动控制系统分析与设计等方面的基本方法，如控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、状态空间分析法、采样控制系统的分析等基本方本课程系统地阐述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍了自动控制技术从建模分析到应用设计的各种思想和方法，内容十分丰富。
通过自动控制理论的教学，应使学生全面系统地掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律和基本分析与设计方法，以便将来胜任实际工作，具有从事相关工程和技术工作的基本素质，同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。
二、教学基本要求了解自动控制的概念、基本控制方式及特点、对控制系统性能的基本要求。
理解典型环节的传递函数、结构图化简或梅森公式以及控制系统传递函数的建立和表示方法，初步掌握小偏差线性化方法和通过机理分析建立数学模型的方法，以串联校正为主的根轨迹综合法，掌握常用校正装置及其作用。
熟悉暂态性能指标、劳思判据、稳态误差、终值定理和稳定性的概念以及利用这些概念对二阶系统性能的分析，初步了解高阶系统分析方法、主导极点的概念，能利用根轨迹对系统性能进行分析，熟悉偶极子的概念以及添加零极点对系统性能的影响。
频率特性的概念、开环系统频率特性Nyquist图和Bode图的画法和奈氏判据，了解绝对稳定系统、条件稳定系统、最小相位系统、非最小相位系统、稳定裕量、频指标的概念，以及频率特性与系统性能的关系。
基本校正方式和反馈校正的作用，掌握复合校正的概念和以串联校正为主的频率响应综合法。
三、教学学时分配表四、教学内容与学时安排第一章自动控制系统的基本知识……4学时本章教学目的和要求：掌握自动控制系统组成结构和基本要素，理解自动控制的基本控制方式和对系统的性能要求，了解一些实际自动控制系统的控制原理。
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。
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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
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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
北京工业大学2012年硕士研究生入学考试自命题科目内容及范围说明
建筑快速设计为公共、居住等类型建筑设计
505专业设计基础
考试工具由考生自备；不指定考试范围
506造型基础
考试工具由考生自备；不指定考试范围
610基础英语
相当于英语专业8级水平考试的：
1、词汇用法
2、阅读理解
3、短文英汉互译
4、根据所给题目及要求写议论文
619基础理论Ⅰ
考试工具由考生自备；不指定考试范围
8、单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器的基本功能。
804经济学原理
包括微观经济学和宏观经济学2部分。要求学生掌握现代宏微观经济学的基本概念与基本理论，掌握宏微观经济学所运用的基本分析方法。
805数据库技术与应用
1、关系数据库概念与原理
2、存储与检索数据
3、SQL语言基础
4、SQL语言脚本及编程
5、数据库安全管理
6、数据库备份与恢复
7、数据库规范化与E-R模型
806电子技术
1、基本放大电路分析及性能的实验检测
2、多级放大及反馈电路分析
3、集成运算放大电路及信号的运算处理分析
4、信号产生电路、功率放大电路和直流电源分析
5、组合逻辑电路的分析与设计
6、时序逻辑电路的分析与设计
7、脉冲波形产生和整形电路的分析
810资源环境经济学
2012年硕士研究生入学考试自命题科目内容及范围说明
考试科目代码及名称
考试内容及范围说明
261二外日语
1、日语基础语法
2、助词基本用法
3、日语基础阅读
262二外法语
1、基础语法
2、常用词汇
3、动词基本用法
4、阅读理解
5、法汉互译
337工业设计工程
化工装置DCS技术要求的数据采集与分析要求
化工装置DCS技术要求的数据采集与分析要求在化工装置中，DCS（分布式控制系统）技术具有至关重要的作用，它能够有效地实现对整个装置的监控与控制。
而在实际操作中，数据采集与分析是DCS技术的关键环节，本文将就化工装置DCS技术要求的数据采集与分析要求进行探讨。
1. 数据采集数据采集是DCS系统中最为基础的功能之一。
在化工装置中，各种传感器和仪表会实时采集到大量的数据，这些数据包括温度、压力、流量、液位等各种参数。
而DCS系统需要及时准确地接收这些数据，并进行处理分析，以确保装置的正常运行。
因此，数据采集的要求如下：首先，数据采集应该实时准确。
即时性是数据采集的基本要求，数据的延迟会导致对装置状态的判断不准确，从而影响到生产的安全性和效率。
其次，数据采集应该稳定可靠。
在化工装置中，故障可能导致巨大的损失，因此数据采集系统要具有高度的稳定性和可靠性，确保数据不会丢失或错误。
最后，数据采集应该具有一定的灵活性。
不同的装置可能具有不同的数据采集要求，DCS系统需要能够根据实际情况进行配置和调整，以满足不同装置的需求。
2. 数据分析数据分析是DCS系统中较为复杂和关键的部分，通过对采集到的数据进行处理分析，可以帮助生产人员更好地了解装置运行状态，及时发现问题并进行处理。
数据分析的要求如下：首先，数据分析应该具有高效性。
化工装置中涉及到的数据量通常较大，数据分析系统需要具有较高的计算能力和处理速度，可以快速有效地处理大量数据。
其次，数据分析应该具有一定的智能化。
随着人工智能技术的发展，数据分析系统需要具有一定的智能化水平，可以通过算法和模型自动识别和预测装置可能出现的问题，帮助提高生产效率和降低故障率。
最后，数据分析应该具有良好的可视化效果。
数据分析结果应该以直观的图表和报告形式呈现，帮助生产人员快速准确地了解装置的运行情况，及时做出调整和决策。
综上所述，化工装置DCS技术要求的数据采集与分析要求至关重要，只有做到实时准确、稳定可靠、灵活性强、高效智能、良好可视化等方面的要求，才能更好地发挥DCS技术的作用，确保化工装置的安全稳定运行。
(计算机控制)4.1采样控制基础理论
4.1 采样控制基础理论
Z变换方法：
4.1 采样控制基础理论
Z变换方法：
4.1 采样控制基础理论
4.1 采样控制基础理论
4.1 采样控制基础理论
4.1 采样控制基础理论
4.1 采样控制基础理论
4.1 采样控制基础理论
4.1 采样控制基础理论
4.1 采样控制基础理论
4.4 PID参数整定
采样周期的选择是多因素折中的过程。
按照“模拟化设计”关于稳定性分析的理论，采样周期营 区尽可能小；
考虑被控对象的惯性时间常数等特性，可适当增大采样周 期与适应计算机硬件的成本性约束(A/D、MCU的计算能力 等)。
采样周期的选择应考虑硬件的能力约束(A/D速度、MCU计 算能力)；
如图4-3-4所示；
Y(t)
Kp、T2、Tb(同Kp、Tb)
R(k)ε ε
Kp、TD
t
Y(t)
Kp、T2、TD2
R(k)
Kp1、Tb1
t
4.3 数字PID调节器及改进算法
2．积分分离法
如PI调节器与PID调节器采用同组参数，系统地响应在︱e(k)︱＞ε会因缺少 积分作用而变慢。实用中两种结构的控制参数可以不同，PI调节器的比例调 节器作用可以强些。
e(t) e(k-1) e(k)
t T ΔS=(e(k)+e(k-1))/2T=U(k)-U(k-1)
4.2 数字调节器的模拟化设计方法
4.2 数字调节器的模拟化设计方法
4.2 数字调节器的模拟化设计方法
4.2 数字调节器的模拟化设计方法
4.2 数字调节器的模拟化设计方法
4.3 数字PID调节器及改进算法
4.1 采样控制基础理论
自动控制原理第七部分采样系统
稳定性判据
用于判断采样系统的稳定性，如 Nyquist稳定判据和Bode图分析方法。
稳定性分析方法
通过分析采样系统的极点和零点分布、 频率响应特性等，评估系统的稳定性。
03
采样系统的性能分析
采样系统的频率响应
频率响应
描述了系统对不同频率输入信号的响应特性， 通常用频率特性函数表示。
带宽
指系统能够处理的最高频率，决定了系统处 理信号的能力。
只有稳定的系统才能在实际应用中得到有效 控制。来自采样系统的动态性能分析
阶跃响应和脉冲响应
描述了系统对阶跃信号和脉冲信号的响应特 性。
动态性能的定义
系统对输入信号的响应速度和超调量等动态 特性。
动态性能的优化
通过调整系统参数，改善系统的动态性能， 以满足实际应用需求。
04
采样系统的设计
采样系统的设计原则
在航空航天控制中的应用
导航与定位
采样系统能够实时采集航空航天器的位置、速度、姿态等数据，通 过导航与定位算法，实现航空航天器的精确导航和定位。
姿态控制
采样系统能够实时采集航空航天器的姿态数据，通过姿态控制算法， 实现航空航天器的稳定飞行和精确机动。
自主决策
采样系统能够实时采集航空航天器周围的环境信息，通过自主决策 算法，实现航空航天器的自主避障、路径规划等任务。
采样系统的基本原理
采样系统基于时间离散化原理，通过 在等间隔时间点上获取输入和输出信 号的样本值，再根据这些样本值进行 计算和控制，以实现对连续时间系统 的近似或重构。
采样系统的组成
采样器
采样器是采样系统的核心部件， 负责在等间隔时间点上采集输入 和输出信号的样本值。
保持器
保持器用于在两次采样间隔期间 保持输出信号不变，以实现连续 时间系统的近似或重构。
《自动控制原理》教学大纲
《自动控制原理》教学大纲一、课程的性质、地位与任务本课程是电力系统自动化技术专业的基础课程。
通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基础理论，并具有对简单连续系统进行定性分析、定量估算和初步设计的能力，学生将掌握自动控制系统分析与设计等方面的基本方法，如控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、状态空间分析法、采样控制系统的分析等基本方法等。
本课程系统地阐述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍了自动控制技术从建模分析到应用设计的各种思想和方法，内容十分丰富。
通过自动控制理论的教学，应使学生全面系统地掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律和基本分析与设计方法，以便将来胜任实际工作，具有从事相关工程和技术工作的基本素质，同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。
二、教学基本要求了解自动控制的概念、基本控制方式及特点、对控制系统性能的基本要求。
理解典型环节的传递函数、结构图化简或梅森公式以及控制系统传递函数的建立和表示方法，初步掌握小偏差线性化方法和通过机理分析建立数学模型的方法，以串联校正为主的根轨迹综合法，掌握常用校正装置及其作用。
熟悉暂态性能指标、劳思判据、稳态误差、终值定理和稳定性的概念以及利用这些概念对二阶系统性能的分析，初步了解高阶系统分析方法、主导极点的概念，能利用根轨迹对系统性能进行分析，熟悉偶极子的概念以及添加零极点对系统性能的影响。
频率特性的概念、开环系统频率特性Nyquist图和Bode图的画法和奈氏判据，了解绝对稳定系统、条件稳定系统、最小相位系统、非最小相位系统、稳定裕量、频指标的概念，以及频率特性与系统性能的关系。
基本校正方式和反馈校正的作用，掌握复合校正的概念和以串联校正为主的频率响应综合法。
四、教学内容与学时安排第一章自动控制系统的基本知识……4学时本章教学目的和要求：掌握自动控制系统组成结构和基本要素，理解自动控制的基本控制方式和对系统的性能要求，了解一些实际自动控制系统的控制原理。
《自动控制原理》课程教学大纲
《自动控制原理》课程教学大纲(一)课程教学目标自动控制理论是电子信息科学与技术专业的一门重要的专业基础课程。
通过自动控制理论的教学，应使学生全面系统地掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律和基本分析与设计方法，以便将来胜任实际工作，具有从事相关工程和技术工作的基本素质，同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。
(二)课程的目的与任务通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基础理论，并具有对简单连续系统进行定性分析、定量估算和初步设计的能力，为专业课学习和参加控制工程实践打下必要的基础。
学生将掌握自动控制系统分析与设计等方面的基本方法，如控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、状态空间分析法、采样控制系统的分析等基本方法等。
(三)理论教学的基本要求1、熟练掌握自动控制的概念、基本控制方式及特点、对控制系统性能的基本要求。
2、熟练掌握典型环节的传递函数、结构图化简或梅森公式以及控制系统传递函数的建立和表示方法，初步掌握小偏差线性化方法和通过机理分析建立数学模型的方法。
3、熟练掌握暂态性能指标、劳思判据、稳态误差、终值定理和稳定性的概念。
4、熟练掌握根轨迹的概念和绘制法则，并能利用根轨迹对系统性能进行分析，初步掌握偶极子的概念以及添加零极点对系统性能的影响。
5、熟练掌握频率特性的概念、开环系统频率特性Nyquist图和Bode图的画法和奈氏判据。
6、熟练掌握校正的基本概念、基本校正方式和反馈校正的作用，初步掌握复合校正的概念和以串联校正为主的频率响应综合法，了解以串联校正为主的根轨迹综合法，掌握常用校正装置及其作用。
(四)教学学时分配数章次各章名称总学时学时分配讲课实验上机课外小计一自动控制的一般概念22二自动控制系统的数学模型1212三时域分析法1414四根轨迹法1010五频率域方法1212六控制系统的校正1010七非线性系统分析1010八系统采样理论66总计7676(五)主要教学方法与媒体要求传统教学与多媒体教学相结合；matlab数学应用软件与相应的自动控制实验装置。
经典控制理论综述
经典控制理论综述07020108 裴璐1.经典控制理论的定义经典控制理论是自动控制理论中建立在频率响应法和根轨迹法基础上的一个分支。
经典控制理论的研究对象是单输入、单输出的自动控制系统，特别是线性定常系统。
经典控制理论的特点是以输入输出特性（主要是传递函数）为系统数学模型，采用频率响应法和根轨迹法这些图解分析方法，分析系统性能和设计控制装置。
经典控制理论的数学基础是拉普拉斯变换，占主导地位的分析和综合方法是频率域方法。
经典控制理论主要研究系统运动的稳定性、时间域和频率域中系统的运动特性、控制系统的设计原理和校正方法。
早期,这种控制理论常被称为自动调节原理,随着以状态空间法为基础和以最优控制理论为特征的现代控制理论的形成，开始广为使用现在的名称。
2.经典控制理论的组成经典控制理论由线性控制理论、采样控制理论、非线性控制理论三个部分组成。
1，线性控制理论是经典控制理论中以线性系统为研究对象的一个主要分支。
在线性控制理论中，由于叠加原理带来的数学处理上的简便性，已经建立起一整套比较成熟和便于工程应用的分析和设计线性控制系统的方法。
2，采样控制理论是经典控制理论中研究采样控制系统的组成原理、基本特性和分析设计方法的一个分支。
采样控制系统不同于连续控制系统，它的特点是系统中一处或几处的信号具有脉冲序列或数字序列的形式。
应用采样控制，有利于提高系统的控制精度和抗干扰能力，也有利于提高控制器的利用率和通用性。
3，自动控制理论中研究非线性系统的运动规律和分析方法的一个分支。
严格说，现实中的一切系统都是非线性系统，线性系统只是为了数学处理上的简化而导出的一种理想化的模型。
非线性系统的一个最重要的特性是不能采用叠加原理来进行分析，这就决定了在研究上的复杂性。
非线性系统理论远不如线性系统理论成熟和完整。
由于数学处理上的困难，所以至今还没有一种通用的方法可用来处理所有类型的非线性系统。
3.经典控制理论的典型成果应用分析我们比较熟悉的经典控制理论应用有双容水箱的液位控制系统，还有磁浮球的高度控制等。
控制工程基础-控制系统的频率法分析(3)(控制工程基础)
24
关于奈氏稳定判据的说明（1）
由于奈氏图在为正及为负时是对称于实轴的，因 此通常仅画它的为正的部分。
对于开环稳定的系统，只要（－1，j0）不被奈氏图 所包围即可判断闭环系统是稳定的。
对于有开环右极点的系统，当仅用为正的一部分曲 线判断闭环系统的稳定性时，奈氏图逆时针包围（－ 1，j0）点的次数为P/2次。
F(s)的极点等于系统的开环极点。
2021/7/23
第十讲 控制系统频率法分析（3）
15
奈氏判据（2）－奈氏围线
为了判断F(s)在s平面上有没有右零点， 在s平面上作一条包围整个右半s平面的 封闭曲线Cs，Cs由Cs1和Cs2组成，方向 为顺时针。
Cs1为从－到＋ 的整个虚轴。 Cs2为以原点为中心，以R= 为半径的
2021/7/23
第十讲 控制系统频率法分析（3）
14
奈氏判据（1）－序
系统的开环传递函数：
m
K(s zi )
G(s)H(s)
j 1 n
(s pi )
i 1
系统的闭环特征方程：
n
m
(spi)K(szi)
F(s)1G(s)H(s)i1
n
j1
(spi)
i1
F(s)的零点等于闭环特征方程的根或闭环极点；
2021/7/23
第十讲 控制系统频率法分析（3）
25
例5－闭环系统的稳定性判断（1）
单位反馈系统的开环传递函数： G(s) 10
s 1
系统有一个开环右极点。系统的开环频率特性：
G ( j ) 10 j 1
A ( ) 10 1 2
( ) arctan 1
2021/7/23
封闭曲线Cs对应。
第2章 自动控制系统分析基础
第2章 自动控制系统分析基础
数学模型为线性微分方程式的控制系统称为 线性系统。当线性微分方程式的系数是常数时，相应的 控制系统称为线性定常系统。如果系统中存在非线性特 性，则需要用非线性方程来描述，这种系统称为非线性 系统。凡是能用微分方程式描述的系统，都是连续系统。 如果系统中包含有数字计算机或数字元件，则要用差分 方程描述系统，这种系统称为离散系统。
第2章 自动控制系统分析基础
2.常用的拉氏变换法则(不作证明) 1) 线性性质 拉氏变换也遵从线性函数的叠加定理。也就
是说，若f1(t)和f2(t)的拉氏变换分别是F1(s)和F2(s)， a为常数，则有
L［af1(t)+f2(t)］=aF1(s)+F2(s)
2) 微分定理 原函数的导数的拉氏变换为
第2章 自动控制系统分析基础 1.拉氏变换的定义
如果有一个以时间t为自变量的函数f(t)，它 的定义域是t＞0，那么拉氏变换就是如下运算式：
F (s) f (t)estdt l
(2―2)
式中的s为复数。一个函数可以进行拉氏变换的充分 条件是：
(1)在t＜0时，f(t)＝0； (2)在t≥0时的任一有限区间内，f(t)是分段连续的；
上述方程式反映了输入量的增量Δx与输出 量的增量Δy之间的关系，称为增量方程。因为控制系统
总是在工作点附近进行调节控制，因此人们关心的是稳 态值附近的情况，即增量的情况，所以系统的数学模型 可用增量形式表示。由于输入输出都是用增量形式表示 的，因此Δ符号可以省略，所以原非线性方程式就简化 为在非线性方程平衡工作点附近的一个近似线性表达式 了。
第2章 自动控制系统分析基础
(3) f (t)st dt 0 在实际工程中，上述条件通常是满足的。式
化工装置DCS技术要求中的数据采集与分析要求
化工装置DCS技术要求中的数据采集与分析要求在化工生产过程中，DCS（分布式控制系统）技术被广泛应用于各种装置和设备的自动化控制。
而数据采集与分析是DCS技术中至关重要的一环，其准确性和及时性直接影响到生产过程的稳定性和效率。
本文将就化工装置DCS技术要求中的数据采集与分析要求进行详细探讨。
1. 数据采集要求首先，化工装置DCS系统对数据采集的要求十分严格。
在实际操作中，各种传感器、执行器等设备通过DCS系统进行数据采集，包括温度、压力、流量、液位等各种参数。
这些数据必须准确、全面地采集到系统中，并实时更新，以保证操作人员及时了解装置运行状态，确保生产过程的正常运行。
此外，数据采集的频率也是一个重要考量因素。
某些参数可能需要高频率的数据采集，以实时监测过程变化，及时调整控制策略；而另一些参数则可以适量降低采集频率，以减少数据传输和存储的压力。
2. 数据分析要求数据采集之后，数据分析是DCS技术的另一重要环节。
合理的数据分析可以帮助操作人员更好地了解生产过程中的各种变化，并及时做出反应。
在化工装置DCS系统中，数据分析主要包括以下几个方面的要求：（1）实时监测和故障诊断：DCS系统应具备实时监测功能，能够及时发现和诊断各种逾限、故障等异常情况，为操作人员提供及时的报警信息和处理建议。
（2）趋势分析和预测：DCS系统应能够对历史数据进行趋势分析，发现隐含的规律和趋势，并通过数据模型进行预测，帮助操作人员做出合理的生产决策。
（3）质量控制和工艺优化：通过对生产过程中的数据进行统计分析，可以实现质量控制和工艺优化，提高生产效率和产品质量。
3. 总结综上所述，数据采集与分析在化工装置DCS技术中的重要性不言而喻。
只有做好数据采集工作，才能为后续的数据分析提供可靠的数据基础；而正确的数据分析则可以帮助操作人员更好地掌握生产过程的变化，提高生产效率和产品质量。
因此，在化工装置DCS技术应用中，充分重视数据采集与分析要求，不仅是技术的需求，更是生产的需要。
采样工作原理
采样工作原理
采样工作原理是指在进行数据收集或分析时，从整体数据集中选择一个小的样本集合进行调查或研究的方法。
采样的目的是通过对样本的研究和分析，了解整体数据集的特征和规律，并且减少数据收集和处理的工作量。
采样的原理是基于统计学的概念和方法，通过随机选择样本来保证样本集能够代表整体数据集的特征。
采样时需要注意样本的选择要具有代表性，并且避免抽样偏差。
为了确保样本具有代表性，可以采用以下几种抽样方法：
1. 简单随机抽样：在总体中随机选择样本，每个样本有相等的机会被选中。
2. 分层抽样：根据总体的特征将总体分为几个层次，然后从每个层次中随机选择样本。
3. 系统抽样：按照一定的间隔从总体中选择样本，例如每隔10个个体选择一个样本。
4. 分类抽样：根据总体的特征将总体分为几个类别，然后从每个类别中选择样本。
5. 整群抽样：将总体划分为几个群组，然后随机选择几个群组作为样本。
采样工作原理的关键是要选择合适的抽样方法和样本量，以保
证样本的代表性和可靠性。
通过采样工作原理进行数据分析和研究，可以减少数据处理的工作量，同时得到可靠的结论和推断。
控制工程基础和自动控制原理
控制工程基础和自动控制原理控制工程基础是指对控制系统的基本理论、模型和方法进行学习和了解的一门学科。
它主要包括以下内容：1. 控制系统的基本概念：包括系统、输入、输出、控制、反馈等基本概念的理解和掌握。
2. 数学建模和系统分析：学习如何将实际的控制系统建立数学模型，并对其进行分析和评估。
3. 信号与系统：学习信号的表示、变换、采样和重构等基本理论，以及对系统的性质和响应进行分析。
4. 控制系统的稳定性：学习如何通过数学分析或图形法分析控制系统的稳定性，并设计稳定性良好的控制系统。
5. 时域和频域分析方法：学习如何利用时域和频域分析方法对控制系统进行分析和设计。
6. 控制系统的性能评价：学习如何通过指标和性能评估方法对控制系统的性能进行定量化。
7. 控制器的设计与实现：学习控制器的设计原理和方法，以及控制器实现的技术和方法。
自动控制原理是控制工程基础的核心内容，主要包括以下内容：1. 自动控制系统的基本概念和结构：学习自动控制系统的基本概念和结构，包括开环控制和闭环控制。
2. 自动控制系统的数学模型：学习如何利用微分方程、差分方程等数学工具建立自动控制系统的数学模型。
3. 控制系统的稳定性分析和设计：学习如何通过稳定性分析方法来评估和设计控制系统的稳定性。
4. 控制系统的性能指标和性能评价：学习如何定义和评价控制系统的性能指标，如稳态误差、超调量、响应速度等。
5. 控制器的设计和调节：学习如何根据控制系统的数学模型设计合适的控制器，并进行控制器的调节和优化。
6. 经典控制方法：学习经典控制方法，如比例-积分-微分（PID）控制、根轨迹设计等。
7. 现代控制方法：学习现代控制方法，如状态空间方法、最优控制方法、自适应控制方法等。
8. 控制系统的实现和应用：学习如何将控制系统的设计实现到实际应用中，并了解一些典型的控制系统应用案例。
《自动控制原理》课程教学大纲
《自动控制原理》课程教学大纲课程编号：21311104总学时数：72（理论60，实验12）总学分数：4.5课程性质：专业必修课适用专业：电气工程及其自动化一、课程的任务和基本要求：本课程的主要任务是培养学生掌握自动控制系统的构成、工作原理和各件的作用;掌握建立控制系统数学模型的方法。
掌握分析与综合线性控制系统的三种方法：时域法、根轨迹法和频率法。
掌握计算机控制系统的工作原理以及分析和综合的方法。
了解非线性控制系统的分析和综合方法。
建立起以系统的概念、数学模型的概念、动态过程的概念。
通过课程的学习使学生掌握分析、测试和设计自动控制系统的基本方法。
结合各种实践环节，进行自动控制领域工程技术人员所需的基本工程实践能力的训练。
从理论和实践两方面为学生进一步学习自动控制专业的其他专业课如:过程控制、数字控制、智能控制、控制系统设计等打下必要的专业技术基础。
自动控制原理课程是自动控制专业学生培养计划中承上启下的一个关键环节，因此该课程在自动控制专业的教学计划中占有重要的位置。
二、基本内容和要求：1. 基础知识（1）人工控制和自动控制（2）开环控制系统（3）闭环控制系统（4）反馈控制系统的组成、分类和性能指标要求：了解控制理论的发展史、开环控制系统与闭环控制系统、反馈控制系统的组成、分类和性能指标。
2. 单变量线性定常系统的数学描述（1）系统的动态特性（2）单变量线性定常系统的数学描述（3）典型环节及其传递函数（4）控制系统方块图（5）信号流图（6）非线性微分方程线性化要求：控制系统微分方程的建立，传递函数的基本概念和定义，传递函数的性质，基本环节及传递函数，控制系统方框图及其绘制，方框图的变换规则，典型系统的方框图与传递函数，方框图的化简，用梅森增益公式化简信号流图。
3. 单变量线性定常系统的性能指标（1）单变量线性定常系统的输出响应（2）单变量线性定常系统的稳定性（3）劳斯稳定判据（4）控制系统的瞬态特性（5）控制系统的稳态特性（6）动态误差系数要求：掌握线性定常系统的瞬态特性和稳态特性，掌握劳斯判据。
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第七章 采样控制系统分析基础
2、两个环节没有采样开关时
rt
r*t G1s
G2s
Y (z) G(z) R(z) G1G2 (z)
y*t yt
当串联环节之间无采样开关时,系统脉冲传递函 数为各串联环节传递函数乘积的z变换。
G1G2 (z) G1(z)G2 (z)
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第七章 采样控制系统分析基础
对于线性采样系统, 不能直接应用劳斯判据, 因为劳斯判据只能判断系统特征方程式的根是否 在s平面虚轴的左半部, 而采样系统中希望判别的 是特征方程式的根是否在z平面单位圆的内部。
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第七章 采样控制系统分析基础
因此, 必须采用一种线性变换方法,使z平面上的 单位圆映射为新坐标系的虚轴。这种坐标变换称为 双线性变换, 又称为W变换。
第七章 采样控制系统分析基础
应该指出，多数实际采样系统的输出信号是连 续信号，在这种情况下，可以在输出端虚设一个采 样开关，并设它与输入采样开关以相同的采样周期 T同步工作。
这样就可以沿用脉冲传递函数的概念。
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第七章 采样控制系统分析基础
脉冲传递函数和连续系统的传递函数一样表 征了采样系统的固有特性；
系统输出
Y
(
z
)
G1G2
(
z
)
E
(
z)
1
G1G2 (z) G1G2H (
z
)
R(
z
)
闭环系统的误差脉冲传递函数
E(z)
1
Ge (z) R(z) 1 G1G2H (z)
闭环系统脉冲传递函数为
GB (z)
Y (z) R(z)
G1G2 (z) 1 G1G2H (z)
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第七章 采样控制系统分析基础
注意, 因z=eTs是超越方程, 故不能将特征方程式变 换为代数方程。令
z w1 w 1
则 w z 1 z 1
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第七章 采样控制系统分析基础
令复变量 z=x+jy w=u+jv
代入双线性变换公式得
u
jv
x x
jy jy
1 1
( x2 y2 1) 2 yj ( x 1)2 y2
j s平 面
jπ T
0
－
j
π T
Im z平 面
π T
－1 π 0
T
＝ 1 Re
图 s平面上虚轴在z平面上的映像
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第七章 采样控制系统分析基础
3）稳定条件
对于采样控制系统, 其特征方程式为 1+GH(z)=0
系统的特征根为z1,z2, …, zn即为闭环脉冲传递函数 的极点。
对于w平面上的虚轴, 实部u=0, 即
x2+y2-1=0 这就是z平面上以坐标原点为圆心的单位圆的方程。单
位圆内x2+y2＜1, 对应于w平面上u为负数的虚轴左半部;
单位圆外x2+y2＞1, 对应于w平面上u为正数的虚轴右半
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第七章 采样控制系统分析基础
根据以上分析可知, 闭环采样系统稳定的充 分必要条件是: 系统特征方程的所有根均分布在 z平面的单位圆内, 或者所有根的模均小于1, 即 |zi|＜1(i=1, 2, …, n)。
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第七章 采样控制系统分析基础
4）线性采样系统劳斯判据
Z
G(s)
1
G(s)
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第七章 采样控制系统分析基础
• 对于有些采样控制系统，无法写出闭环脉冲传 递函数只能写出输出的Z变换
Rs
Y s Gs Hs
Y
z
1
RG z HG z
Rs
G1s Hs
Ys
G2s
Y
z
RG1 zG2
1 G1G2H
z z
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第七章 采样控制系统分析基础
7.5 采样控制系统的性能分析
7.5.1 采样控制系统的稳态性能分析
1）稳定性的基本概念 • 稳定性是指在扰动的作用下，系统会偏离原来
的平衡位置，在扰动撤除后，系统恢复到原来 平衡状态的能力； • 根据稳定性的定义，可以采用脉冲响应的情况 来研究系统的稳定性；
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第七章 采样控制系统分析基础
它除了与系统的结构、参数有关系，还与采 样开关在系统中的具体位置有关。
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第七章 采样控制系统分析基础
二、串联环节的脉冲传函
1、两个环节有采样1*t G2s
y*t yt
根据脉冲传递函数的定义：
G(z)
Y (z) R(z)
G1(z)G2 (z)
当环节之间有采样开关时，等效脉冲传递函数为 各串联环节脉冲传递函数之积。
3、有零阶保持器时的开环系统脉冲传递函数
rt
r* t
Gh
s
1
eTs s
Gs
y* t yt
a)
rt r*t
1
Gs
s
eTs
y* t yt
b)
有零阶保持器时的开环采样系统
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第七章 采样控制系统分析基础
有零阶保持器时，开环系统脉冲传递函数
G(z) Y (z) (1 z 1)Z[Gp (s)]
当系统有扰动作用时 ,可得闭环系统的误差与扰动间 的脉冲传递函数为
E(z) G2H (z) D(z) 1 G1G2H (z)
系统输出与扰动之间的脉冲传递函数
Y (z) D(z)
G2
(z)
G1G2 (z)G2H (z) 1 G1G2H (z)
由于系统中有采样器的存在，所以一般情况下
G(z) 1 G(z)
• 系统的脉冲响应如果能够衰减到0，则系统是 稳定的；
• 否则系统是不稳定的。
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第七章 采样控制系统分析基础
2） s平面与z平面的映射关系
Z变换称为采样拉氏变换, 它是从拉氏变换直 接引申出来的一种变换方法。
为了把连续系统在s平面上分析稳态性能的结 果移植到z平面上分析离散系统的稳态性能,首先需 要研究这两个复平面的关系。
X (z)
s
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第七章 采样控制系统分析基础
三、闭环系统的脉冲传递函数
dt d*t
rt
et
e*t G1s
G2 s
H s
y* t yt
E(z) R(z) B(z) B(z) E(z)G1G2H (z)
R(z) E(z)
1 G1G2H (z)
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第七章 采样控制系统分析基础
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第七章 采样控制系统分析基础
z eTs , s j
z eT , arg z T 2 s
• S平面的左半平面 ，0 z的幅值在0和1之间
变化，对应z平面单位圆内；
• S平面的虚轴 ，0对应z平面的单位圆；
• 当 由
变 到s
2
时， s
2
z
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第七章 采样控制系统分析基础