计算机控制系统分析.
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。
计算机控制系统的组成和特点
计算机控制系统的组成和特点
计算机控制系统是由计算机技术和控制技术相结合的一种系统。
它的组成和特点如下：
一、组成
1. 控制对象：被控制的物理系统，例如机器人、流水线、钢铁生产线等
2. 传感器：采集控制对象的状态信息，例如温度、压力、位置等
3. 执行器：控制对象的执行部件，例如电机、气缸等
4. 控制器：根据传感器采集的信息，对执行器进行控制，保持控制对象的稳定状态
5. 通信网络：传输控制信息，例如以太网、CAN总线等
二、特点
1. 灵活性高：计算机控制系统具有程序可调性、参数配置性、功能扩展性等特点，可以快速适应控制对象的变化
2. 控制精度高：由于采用数字控制方式，控制精度较高，且控制精度可根据需要进行调整
3. 自适应性强：可以根据传感器的反馈信号自动调整控制算法，实现自适应控制
4. 控制逻辑复杂：计算机控制系统采用程序控制方式，控制逻辑往往比较复杂，需要良好的编程技能和系统设计能力
5. 抗干扰能力强：数字控制方式可以有效抵御外部干扰，保证系统稳定性和可靠性
6. 技术含量高：计算机控制系统涉及电子技术、计算机科学、控制理论等多个领域，技术含量较高
总之，计算机控制系统在工业自动化、机器人技术等领域有广泛的应用，是现代工业控制技术的重要组成部分。
电气工程和电气自动化的计算机控制系统分析和研究
电气工程和电气自动化的计算机控制系统分析和研究摘要：目前，虽然我国电气自动化技术的应用已经十分成熟，主要表现为设备的稳定运行、机械加工设备的自动控制和产品质量以及加工效率的提升，但电气工程中还存在着许多问题未被解决。
本文对电气工程和电气自动化的计算机控制系统进行分析，以供参考。
关键词：电气工程；电气自动化；计算机控制引言随着计算机技术在不同工程领域的完美应用，企业为了提升自身的技术水平，创造更多的利润，必然会推进电气工程和计算机技术的协调发展。
企业为了在生产过程中能够实时监控相关对象，选择使用电气和电气自动化计算机控制系统。
这种自动控制方案的优势是:消除了传统的人工监测，降低了监测成本，提高了监测质量。
1电气自动化技术现阶段传统的运行管理模式已经无法满足当今电气工程建设发展的需求，甚至还可能会引出各种问题，导致电气工程的建设工期、运行管理、维护保障等方面出现隐患和问题。
所以当前阶段电气工程对电气自动化技术的需求愈发明显。
2电气工程自动化的优势和意义2.1拓展性高，结合性好当前，电气工程技术可结合信息技术实现进一步发展，将电气工程与计算机的自动化控制进行结合，让机器在工程作业中达到自动化标准。
通过对电气化和自动化集成电子技术进行改造，使整个作业过程的效率大大提升，帮助现阶段工业和社会当中大部分领域增加收益，提高企业生产力。
2.2保证设备稳定运行电气工程中自动化技术的运用，让整个设备在运行过程中能够以一种更加稳定的状态进行工作，而且通过对于电气自动化系统的运用，当设备出现问题时，能够在系统内部进行上报通知，避免了传统电气设备在运行过程中出现问题，只有人工对设备进行检查，才能发现问题的弊端。
同时，避免因人工检查不及时而产生相关事故，对企业造成不必要的经济损失。
3电气工程及其电气自动化的控制系统电气工程是现代科技的关键领域之一。
在传统的电气工程中，其涵盖了与电气以及电子有关的所有学科以及技术设备，但随着电子信息技术的不断发展，电气工程的涵盖范围越来越大，在信息社会，无论是工业生产还是社会公众的日常生活，都离不开电气工程及其电气自动化的控制系统。
计算机控制系统概要
实时性与可靠性
嵌入式系统和微控制器 在实时性和可靠性方面 不断提高，满足各种工 业控制和安全关键系统 的要求。
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远程控制
通过网络对远端的控制系统进行操作和控制，实 现远程维护和调试。
无线控制
利用无线网络技术，实现对控制系统的无线连接 和控制，提高系统的灵活性和便利性。
嵌入式系统与微控制器的应用
小型化与低功耗
嵌入式系统和微控制器 在不断向小型化和低功 耗方向发展，满足各种 便携式和物联网设备的 需求。
高集成度与多功能
自适应控制
通过人工智能技术，使控制系统能够根据环境变 化和系统状态自适应地调整控制策略，提高系统 的稳定性和效率。
故障诊断与预防
利用人工智能技术对系统运行过程中的异常数据 进行检测和分析，提前发现潜在的故障并进行预 防。
网络化与远程控制技术的发展
远程监控
通过网络实现对控制系统的远程监控，方便对系 统的实时状态和运行情况进行了解。
早期阶段
20世纪50年代，计算机开始被应 用于工业控制领域，出现了基于
模拟电路的计算机控制系统。
发展阶段
20世纪70年代，随着微处理器和 集成电路技术的发展，计算机控制 系统逐渐向数字化、智能化方向发 展。
成熟阶段
21世纪初，计算机控制系统已经广 泛应用于各个领域，成为现代工业 生产中不可或缺的重要部分。
控制算法
根据控制系统的要求，采用一定的数 学模型和算法，对数据进行运算和处 理，得到控制信号。
执行机构与传感器
执行机构
根据控制信号调节被控对象的参数，如阀门、电动机等。
计算机网络远程控制系统的运用分析的研究报告
计算机网络远程控制系统的运用分析的研究报告计算机网络远程控制系统的运用分析研究报告随着互联网技术的不断发展和普及，越来越多的企业和机构都开始采用计算机网络远程控制系统来完成工作任务。
远程控制系统可以极大地提高企业的生产效率和信息安全，减少人力和物力资源的浪费，降低沟通成本和出差费用。
本报告将对计算机网络远程控制系统的运用进行分析，探讨其功能、优势和应用范围。
一、远程控制系统的功能远程控制系统主要包括远程桌面、远程服务器管理、远程数据备份等功能。
其中，远程桌面可以实现远程登录和控制另一台电脑，如实时查看和操作另一台电脑的桌面，传输文件等。
远程服务器管理可以实现对服务器的管理和监控，如服务器的开关机、电源管理、维护和修复等。
而远程数据备份可以将本地数据备份到服务器中，以防本地数据丢失。
二、远程控制系统的优势1.提高生产效率。
远程控制系统可以让企业的员工随时随地远程登录公司内部网络，实现远程办公、协作和交流工作任务，提高工作效率。
2.降低成本。
远程控制系统可以省去员工或管理人员的出差费用，节省企业的人力、物力和财力资源。
3. 加强信息安全。
远程控制系统可以避免机密信息被泄露或窃取，提高企业信息安全等级。
三、远程控制系统的应用范围1.企业内部网络管理。
远程控制系统可以帮助企业管理人员实现对企业网络的监管和维护，提高网络稳定性和安全性。
2.生产管理。
远程控制系统可以让企业管理人员实时监测和调整生产过程，提高生产效率和品质。
3.学校教学管理。
远程控制系统可以让学校管理人员实现对教学内容的协调和改进。
综上所述，计算机网络远程控制系统的应用范围非常广泛，其功能和优势能够大大提高企业的生产效率和信息安全等级。
在未来的发展中，远程控制系统将成为企业和学校信息化和智能化的重要手段和工具。
为了更深入地了解计算机网络远程控制系统在实际应用中的情况，本报告收集了相关数据并进行了分析。
首先，我们从九个国家的400个企业中调查了94%的企业采用了远程控制系统。
计算机控制系统特性分析
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
3、采用修正劳斯判据判断系统的稳定性
例4.1 应用劳斯判据,讨论下图4.6所示系统的稳定性，其中 K=1，T=1s。
闭环脉冲传递函数为
Φ ( z) =
系统特征方程为 解：系统开环脉冲传递函数为
1 1 G ( z ) = Z [ H 0 ( s)Gp ( s )] = (1 − z −1 )Z [ Gp ( s )] = (1 − z −1 )Z [ 2 ] s s ( s + 1) 0.368 z + 0.264 = 2 z − 1.368 z + 0.368
系统判断稳定过程 1、系统分析 求出系统开环传递函数G(Z) 求出系统闭环传递函数 Φ( z) 求出系统特征方程
2、采用双线性变换 z = 1+ w 或 z = 1 + (T / 2) w 转 换到w 1 − (T / 2) w 1− w 域
w( z ) = an z n + an −1 z n −1 + an − 2 z n −2 + ..... + a1 z1 + a0 = 0 an wn + an−1w n−1 + an−2 wn −2 + ..... + a1w + a0 = 0
2
a1 > 0
w( z ) = a3 z 3 + a2 z 2 + a1 z + a0 = 0
计算机控制系统的可靠性技术分析
计算机控制系统的可靠性技术分析在现代社会中，计算机控制系统已经成为各种生产设备、交通工具、通信设备等的核心部分。
而计算机控制系统的可靠性对于设备的正常运行至关重要。
本文将从计算机控制系统的可靠性技术进行分析，探讨其在实际应用中所面临的挑战以及解决方案。
一、可靠性概念可靠性是指系统在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。
对于计算机控制系统而言，可靠性即是其在运行过程中不因硬件故障、软件错误或外部干扰等原因而导致系统无法正常运行的能力。
二、面临的挑战1. 硬件故障计算机控制系统是由大量的硬件组件构成的，而硬件故障是不可避免的。
电路板、处理器、存储设备等硬件组件在长时间运行过程中可能出现损坏或失效。
这些硬件故障可能导致系统崩溃，从而影响设备的正常运行。
2. 软件错误软件是计算机控制系统的灵魂，而软件错误可能会导致系统的异常运行甚至崩溃。
软件错误的来源包括设计缺陷、编程错误、环境变化等。
保证软件的可靠性对于系统的正常运行至关重要。
3. 外部干扰计算机控制系统往往运行在各种复杂的环境中，可能会受到电磁干扰、射频干扰、振动、温度变化等因素的影响。
这些外部干扰可能导致系统数据丢失、通信中断等问题，影响系统的可靠性。
三、解决方案1. 硬件可靠性设计在计算机控制系统的硬件设计中，可以采用多种技术来提高硬件的可靠性。
采用冗余设计技术，包括硬件冗余和通道冗余，在系统发生故障时可以实现自动切换，保证系统的连续性；另外还可以采用高可靠性的硬件组件，如采用具有自动故障检测和纠正功能的存储设备，可以在发生故障时自动修复错误数据。
2. 软件可靠性设计在软件的设计与开发过程中，可以采用多种技术来提高软件的可靠性。
采用模块化设计，将软件划分为多个相对独立的模块，每个模块负责完成特定的功能，从而降低系统代码的复杂度和错误率；可以采用软件测试技术，包括静态测试和动态测试，以及软件验证技术，保证软件的正确性和可靠性。
3. 外部干扰抵御对于计算机控制系统而言，外部干扰是不可避免的，因此需要采取相应的措施来抵御外部干扰。
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(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。
控制系统的计算机辅助分析
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状态空间法的基本概念
状态空间法是现代控制理论的基础，通过引入状态变量的概念，将系统的动态行为描述为一组状态方程。
状态空间法的优点
状态空间法能够全面描述系统的动态特性，包括稳定性、能控性、能观性等，为控制系统的分析和设计提供了统一的 数学框架。
状态空间法在计算机辅助分析中的应用
计算机辅助分析软件能够方便地处理状态空间法中的矩阵运算和图形化表示，使得控制系统的分析和设 计更加高效、准确。
动态规划在最优控制中的 应用
动态规划方法可用于求解离散时间系统和连 续时间系统的最优控制问题。在离散时间系 统中，通过构造状态转移方程和性能指标函 数，将最优控制问题转化为多阶段决策问题 ；在连续时间系统中，则需将问题离散化后
应用动态规划方法求解。
06
现代控制理论在计算机辅 助分析中的应用
状态空间法在现代控制理论中的地位和作用
经典控制理论回顾
01
传递函数
描述线性定常系统动态特性的数学模型，是系统输出量与输入量的拉普
拉斯变换之比。传递函数反映了系统的固有特性，与输入信号无关。
02
频率响应
系统在正弦信号作用下，输出信号的幅值和相位随输入信号频率变化的
关系。频率响应反映了系统对不同频率信号的传递能力。
03
根轨迹法
通过分析系统特征方程的根随系统参数变化而变化的轨迹，来研究系统
04
非线性系统计算机辅助分 析方法
相平面法及其局限性
相平面法
相平面法是一种通过图形表示非线性系统动态行为的方法。在相平面上，系统的状态变量被表示为点，而状态变 量的变化则被表示为点的轨迹。通过观察和分析相平面上的轨迹，可以了解系统的稳定性、周期性和其他动态特 性。
电气工程和电气自动化的计算机控制系统分析和研究
电气工程和电气自动化的计算机控制系统分析和研究摘要：随着中国科学技术经济的不断发展和现代技术的普及，计算机技术得到了迅速的发展和壮大，并且得到了广泛的应用。
计算机技术与电气工程和电气自动化的串联，为中国相关的行业又提供了一种新的控制方式。
相关企业可以将电气工程和电气自动化的计算机系统添加到企业的生产中，并选择自动化程度高的计算机来控制系统进行实时监测和监视对象，这不仅降低了监督成本，而且还提高了监督质量。
从这个方面来探究计算机控制系统在电气工程和电气自动化中的意义。
关键词：电气工程；自动化；计算机；控制系统1电气工程及其自动化的计算机控制系统的作用和意义计算机控制系统从本质上说其实就是一种逻辑思维模式，是现代科学模拟人类大脑所进行的伟大发明。
计算机控制系统是一套复杂性很强的系统，是对多种科技的综合运用，涉及了多种科学领域。
例如信息科学、语言科学、生物科学、控制科学等等在计算机控制系统中都会有所运用。
计算机控制系统在机械运行中有着非常重要的应用，利用计算机控制系统可以模拟人脑向机械设备发出命令，使其按照人们的意愿进行运行，从而使机械设备的操作能力和控制能力大大提升，进而提高机械设备的运行效率。
目前社会正处于高速发展阶段，对于工业产品的需求量与日俱增，为了满足社会发展的实际需求，进行改革与创新，积极的进行自动化建设已经成为工业领域重点工作，而计算机控制系统正是工业自动化建设的核心，所以要想做好工业的改革和创新工作，必须做到有效的应用计算机控制系统。
对于工业发展来说，电气工程及其自动化是必不可少的，它是工业发展的最重要的支柱，在各种技术运用方面发挥了非常重要的作用，例如计算机技术、遥感定位技术、现代信息技术等等都是通过电气工程及其自动化得以有效运用的，同时也正是应用这些先进技术，电气工程及其自动化才可以发展，才会进步。
计算机控制系统的最大特点就是高效、人性、科技以及环保，同时这也是计算机控制系统的主要的理论基础，其在实践中的表现就在于对各类智能机器人的应用。
计算机控制系统总结
什么是采样定理？其物理意义是什么
如果一个连续信号不包含高于频率 的频率分量，连续信号中所包含频率分量的最高频率为 ，那么就完全可以用周期T< 的均匀采样值来描述，或者说，如果采样频率 2 ，那么就可以从采样信号中不失真地恢复原连续信号。
如果选用的采样频率 ，对连续信号中所包含的最高频率的正玄分量来讲，能够做到在一个振荡周期内采样两次以上，那么经采样所得的脉冲序列，就包含了连续信号的全部信息，如采样次数太少，采样所得的脉冲序列就不能无失真地反映连续信号的特性。
8执行器分为哪些类，电动执行器的输入信号范围是多大？
执行器分为电动执行器、气动执行器和液动执行器。
电动执行器的输入信号范围是：连续信号为0-10mA或4-20mA
9传感器分为哪些类？
温度传感器、压力传感器、流量传感器、液面传感器、力传感器
10简述数字调节器及输入输出通道的结构和信息传递过程，并画出示意图？
前置滤波器的主要作用是什么？
前置滤波器是串在采样开关前的模拟低通滤波器，主要作用是防止采样信号产生频谱混叠，因此又称为抗混叠滤波器。
什么是信号恢复？信号恢复的过程是怎么的？
指将采样信号还原成连续信号的问题.
信号恢复的过程，从时域来说，就是要由离散的采样值求出所对应的连续时间函数，从频率上说，就是要出去采样信号频谱的旁带，保留基频分量。
数字调节器以数字计算机为核心，控制规律由编制的计算机程序实现。输入通道包括多路开关、模-数转换器、采样保持器，输出通道包括模-数转换器、保持器。
传递过程：连续信号由多路开关采样保持器将模拟信号转为离散信号，离散信号由模-数转换器转变为数字信号，数字信号由数字调节器进行调节，调节的数字信号由数-模转换器变为离散模拟信号，离散模拟信号由保持其转换为模拟信号。
计算机控制系统实验报告.
“计算机控制系统”实验报告注意事项：1. 实验报告必须用学校规定的实验报告纸书写，截图与程序可以打印粘贴于实验报告纸上或附后；2. 下述实验报告中的截图、程序与实验分析仅供参考，每个人的实验报告内容以个人的具体实验为准；3. 某些实验中的参数设定与学号有关，见实验报告中的红色与蓝色字体文字，红色字体文字需用个人有关的学号替换，蓝色字体文字为对应的解释说明，写实验报告时需删除；4. 实验报告写好后，请学习委员收集整理交至机械楼422，同一个实验按学号排好序叠成一叠，即四个实验四大叠，不能一个同学的四个实验放一块。
实验一 离散系统性能分析一、实验目的1．了解离散系统的基本概念与基本研究方法；2．掌握离散系统的时域与频域数学模型； 3. 掌握离散系统的稳定性及动态性分析。
二、实验内容给定离散系统结构框图如图1.1所示，)(s G h 为零阶保持器，21)(s s s G o +=，采样周期为Ts=1，开环增益为K ，对该离散系统进行性能分析。
图1.1 离散系统结构框图三、实验步骤1. 建立离散系统的数学模型：利用tf 函数和c2d 函数分别建立连续系统及离散系统的传递函数。
2. 绘制系统的 根轨迹：利用rlocus 函数绘制离散系统的根轨迹图，找出根轨迹和单位圆的交点，如图1.2。
Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i s-1.5-1-0.500.51 1.5-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81图1.2 离散系统的根轨迹图从图中可以看出根轨迹与单位圆的交点处的开环增益为K=0和K=2，即，使闭环系统稳定的K 的范围是20<<K 。
绘制K=2时离散系统的幅频特性曲线和Nyquist 曲线，观察其稳定性。
利用margin 函数和dnyquist 函数绘制K=2时离散系统的幅频特性曲线Bode 图和Nyquist 曲线分别见图1.3和图1.4。
计算机控制系统的常用类型
计算机控制系统的常用类型计算机控制系统是一种将计算机技术应用于工业自动化控制领域的系统。
它利用计算机技术对工业生产过程进行优化、自动化和控制，使生产效率和质量得到提高。
根据控制对象的不同，计算机控制系统可以分为以下几种类型。
1. 过程控制系统过程控制系统是一种利用计算机技术对工业过程进行控制的系统。
它主要用于化工、石油、冶金、电力等行业的生产过程控制。
过程控制系统可以通过计算机对工业生产过程进行实时监测和控制，保证生产过程的稳定性和安全性。
2. 机器人控制系统机器人控制系统是一种利用计算机技术对机器人进行控制的系统。
它主要用于工业自动化、制造业等领域。
机器人控制系统可以通过计算机对机器人进行轨迹规划、动作控制等操作，实现机器人的自动化控制和生产加工。
3. 数字控制系统数字控制系统是一种利用计算机技术对机床和机器人进行控制的系统。
它主要用于机械加工、航空航天等行业的生产加工。
数字控制系统可以通过计算机对机床和机器人进行控制，实现高精度、高效率的加工操作。
4. 交通控制系统交通控制系统是一种利用计算机技术对交通流量进行控制的系统。
它主要用于城市交通管理中的红绿灯控制、道路监测等操作。
交通控制系统可以通过计算机对交通流量进行实时监测和控制，提高交通效率和安全性。
5. 建筑智能化控制系统建筑智能化控制系统是一种利用计算机技术对建筑物进行控制的系统。
它主要用于楼宇自控、智能家居等领域。
建筑智能化控制系统可以通过计算机对建筑物的照明、通风、空调等进行智能化控制，提高居住舒适度和节能效果。
计算机控制系统是一种将计算机技术应用于工业自动化控制领域的系统，它可以对生产过程、机器人、机床、交通流量、建筑物等进行实时监测和控制，提高生产效率和质量，实现智能化控制和自动化生产。
3.4 计算机控制系统的稳态与暂态性能分析
教学模块3 计算机控制系统数学描述与性能分析教学单元4 计算机控制系统的稳态与暂态性能分析4.1 计算机控制系统稳态过程分析计算机控制系统的稳态指标用稳态误差来表示。
稳态误差指系统过渡过程结束到达稳态以后，系统参考输入与系统输出之间的偏差。
稳态误差是衡量计算机控制系统准确性的一项重要指标。
111()() ()lim(1)()lim(1)lim(1)1()()1()z z z d K R z R z e z E z z z D z W z W z →→→∞=-=-=-++()11()()1()()1()e d K E z W z R z D z W z W z ===++4.1.1 稳态误差与误差系数（1）位置误差系数对于单位阶跃输入，r (t )=1(t )，有()1z R z z =-1111 ()lim(1)lim 1()()11()()11 1(1)(1)1p z z d d d pz e z D z W z z D z W z D W K →→∞=-⋅=+-+==++11lim ()()lim ()(1)p d K K z z K D z W z W z W →→===位置误差系数()()()(1)()p d K D z W z z -→∞⇔=--（2）速度误差系数对于单位速度输入，r (t )=t ﹒1(t )，有速度误差系数2)1( -=z Tz R(z)21111 ()lim(1)lim 1()()(1)(1)[1()()]1 lim (1)()()v z z d dz dv Tz T e z D z W z z z D z W z T z D z W z K →→→∞=-⋅=+--+==-11(1)()()(1)() lim lim d K v z z z D z W z z W z K T T→→--==2()()()(1)()v d K D z W z z -→∞⇔=--（3）加速度误差系数对于加速度输入，加速度误差系数)(121)( 2t t t r ⋅=23(1) ()2(1)T z z R z z +=-2232111(1)()lim(1)lim 1()()2(1)(1)[1()()]a z z d dT z z T e z D z W z z z D z W z →→+∞=-⋅=+--+2211lim (1)()()z da T z D z W z K →==-222211(1)()()(1)() lim lim d K a z z z D z W z z W z K T T →→--==3()()()(1)()a d K D z W z z -→∞⇔=--4.1.2 系统类型与稳态误差系统的开环脉冲传递函数写成如下形式：0()()()()(1)K d r W z W z D z W z z ==-☐r =0，则系统为0型系统☐r =1，则系统为I 型系统☐r =2，则系统为II 型系统积分环节表4.1 三种类型系统的误差系数与稳态误差4.1.3 采样周期对稳态误差的影响系统的稳态误差与采样周期T之间没有必然的联系：（1）如果被控对象中包含与其类型相同的积分环节，则系统稳态误差只与系统的类型、放大系数和信号的形式有关，而与采样周期T无关；（2）如果被控对象中不包含足够多的积分环节，则稳态误差将与采样周期有关。
计算机控制系统的可靠性技术分析
计算机控制系统的可靠性技术分析可靠性是指系统在规定的时间内，能够按照要求完成指定功能的能力。
在计算机控制系统中，可靠性技术是保证系统稳定运行的关键要素之一。
下面将从错误控制、故障检测与恢复、备份与冗余以及可测试性等方面对计算机控制系统的可靠性技术进行分析。
错误控制是指通过采取恰当的措施，使得系统能够防止、检测和纠正错误。
常见的错误控制技术包括校验码、冗余码等。
校验码是通过在原数据中添加一些冗余信息来实现错误检测的方法，在接收端通过校验码与接收到的数据进行校验，判断是否有错误发生。
冗余码是在原数据基础上添加冗余信息，通过冗余的检验来检测和纠正错误。
这些方法可以有效地提高计算机控制系统的可靠性，防止因数据传输过程中的错误导致系统故障。
故障检测与恢复是指系统能够及时检测到故障，并通过相应的恢复措施使系统尽快恢复正常运行。
故障检测与恢复技术包括故障检测和故障恢复两个方面。
故障检测可以通过定期监测系统状态、使用故障检测工具以及设置故障检测器等手段来实现。
一旦检测到故障，系统需要采取相应的故障恢复措施，例如备份恢复、重启系统等。
这些技术有助于及时发现和解决系统故障，提高计算机控制系统的可靠性。
备份与冗余技术也是提高计算机控制系统可靠性的重要手段。
备份技术是指通过制作数据的备份，在数据丢失或损坏时能够及时恢复数据。
常见的备份技术包括完全备份、增量备份和差异备份等。
冗余技术是通过将系统的组件复制多份，实现系统的冗余，当一份组件发生故障时，可以使用其他冗余组件来代替，从而实现系统的连续运行。
备份与冗余技术的应用可以提高计算机控制系统的可靠性，保证系统正常运行。
可测试性技术也是确保计算机控制系统可靠性的一项重要技术。
可测试性是指系统在发生错误时，能够通过测试来检测错误发生的位置和原因。
可测试性技术包括建立合适的测试用例、构建可测系统以及使用相应的测试工具和方法等。
这些技术有助于及时发现系统中的错误并进行修复，提高计算机控制系统的可靠性。
《计算机控制及网络技术》-第4章 计算机控制系统分析
d 2 z exp 1 2 s
d z 2 s
s域到z域的映射
由于左半平面的σ为负值，所以左半s平面对 应于 ｜z｜=eTσ<1 s平面的虚轴表示实部σ=0和虚部ω从-∞变到+∞， 映射到z平面上，表示｜z｜=eTσ=e0=1，即单位圆 上，和θ=Tω也从-∞变到+∞，即z在单位圆上逆时 针旋转无限多圈。简单地说，就是s平面的虚轴 在z平面的映射为一单位圆, 如图4.2所示。
第四章 计算机控制系统分析
计算机控制系统要想正常工作，首先要满足稳定性 条件，其次还要满足动态性能指标和稳态性能指标，这 样才能在实际生产中应用。对计算机控制系统的稳定性、 动态特性和稳态性能进行分析是研究计算机控制系统必 不可少的过程。
4.1 计算机控制系统的稳定性分析
4.2 计算机控制系统的动态过程 4.3 计算机控制系统的稳态误差 4.4 离散系统根轨迹
修尔—科恩稳定判据
该判据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
W ( z ) a n z n a n1 z n1 a1 z a0 0
把系数写成如下所示的行列式形式
s域到z域的映射
将s平面映射到z平面，并找出离散系统稳定时其闭 环脉冲传递函数零、极点在z平面的分布规律，从而获得 离散系统的稳定判据。令
s j
则有
S平面内频率相差采样频率 整数倍的零点、极点都映 射到Z平面同一位置
z e e
Ts
T ( j )
e e e e
T
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对于连续系统：
G(s) M (s) K (s z1)(s z2 ) (s zm ) D(s) (s p1)(s p2 ) (s pn )
mn
系统稳定的充分必要条件是所有极点分布在S左平面。
对于离散系统：
F (z) KN (z) K (z z1) (z zm ) D(z) (z p1) (z pn )
第四章
计算机控制系统分析
1
系统性能分析方法
• 稳定性与稳态误差 • 时域特性（稳态与动态） • 频率特性（频带，稳定裕度） • 根轨迹
2
4.1 稳定性分析
一、稳定性定义 当作用于系统上的扰动作用消失以后，系统能恢复
到原来的平衡状态。系统稳定性是系统固有特性，与 扰动形式无关，只取决于系统本身固有参数。
b0 zm a0 zn
b1zm1 a1zn1
bm1z bm an1z an
m
bi zm j
脉冲扰动：R(z) 1
C(z) (z)R(z)
j0 n
ai zni
12
i0
设系统有相异实根： C(z) A1z A2 z An z
z p1 z p2
z pn
n
C(k ) A11k A22k Annk Aiik i 1
稳定性要求：扰动消失后系统能回到平衡状态
n
lim C(k)
k
lim
k
i 1
Ai ik
0
lim
k
Aiik
0
Ai 0
离散系统稳定性条件： | i | 1 i 1, 2, , n
P105，例4-2 例4-313
4.1.3 朱利-阿斯特隆姆稳定判据
(z) a0 zn a1zn1 an1z an 0
特征值，不必构造朱利表判断
15
二阶系统稳定性条件
(z) z2 a1z a2 0
必要条件： (1) 0 (1) 0
构造朱利表：
1 a1
) a2 a1
1 a22
a2
1
a2
1
1 a22 0
| a2 | 1
| (0) | 1
二阶系统稳定的 充分必要条件：
| (0) | 1 (1) 0 (1) 0
)
(z) 1 G(z) 0
(z) z k(1 e10T ) e10T 0
| (1 e10T )k e10T | 1
1 (1 e10T )k e10T 1
T 1
T 0.1 T 0.01
1 k 1 1 k 2.165 1 k 20
采样周期减小， k值范围增大
19
当k一定时，过大的采样周期T将使系统变得不稳定
5
2. S平面角频率 与z平面相角 关系
T
2 s
3. S平面上的主带和旁带
6
P99，例4-1
s1 1, s2,3 1 j10 s 10
z1 es1T e12 /s e12 /10 0.5330 z2 es2T e(1 j10)2 /10 0.5332 z3 es3T e(1 j10)2 /10 0.533 2
系统稳定条件 a0 0, b0 0, c0 0,, l0 0, m0 014
系统稳定必要条件
(z) a0 zn a1zn1 an1z an 0
或者
判断系统稳定性步骤： 1. 判断必要条件是否成立，若不成立则系统不稳定 2. 若必要条件成立，构造朱利表 3. 随着计算机软件发展，可以直接计算高阶系统的
Kd R
系统稳定条件： 0 Kd 49
P107，例4-4，相同
18
P108，例4-5 4.2.3 采样周期与系统稳定性
G(s) k 0.1s 1
对连续系统，k>0即稳定；讨论采样周期对离散系统稳定性影
响
G(s) k 0.1s 1
G(z)
(1
z1)Z
Hale Waihona Puke k s(0.1s1)
k(1 e10T z e10T
16
例：试求使天线控制系统稳定的临界放大系数D(z)=kd
G(z)
z2
0.003 6(z 1) 1.814 4z 0.821 6
比例控制器：D(z)=kd
(z)
1
D( z )G ( z )
1
Kd
z2
0.003 6(z 1) 1.814 4z 0.821
6
0
z2 (1.814 4 0.003 6Kd )z (0.821 6 0.003 6Kd ) 0
可通过S平面到Z平面之间映射关系确定
mn
3
4.1.1 S平面到Z平面之间映射关系
s平面与z平面映射关系： z esT s j z e( j)T eT e jT eT T
R | z | eT
z T
1. s平面虚轴映射为z平面单位圆，左半平面映射在z平面单位圆内
4
点映射关系
Im j
17
由二阶系统稳定的条件：
| (0) || 0.821 6 0.003 6Kd | 1 0 Kd 49
(1) [1 (1.814 4 0.003 6Kd ) (0.821 6 0.003 6Kd )] 0
Kd 0
(1) [1 (1.814 4 0.003 6Kd ) (0.821 6 0.003 6Kd )] 0
等半径圆
8
5. S平面上等阻尼比线 S平面上极点 s j
(s j)(s j) s2 2 s 2 2 s2 2ns n2
n ,
cos( ) n
| z | eT enT cos z T
对数 螺线
9
10
11
4.1.2 离散系统稳定性条件
(z)
C(z) R(z)
3s / 2
付带
s
S平面
主带：
s / 2 s / 2
主带
s / 2 s / 4
付带：无穷多个
k 2
s
k
2
1
s
Re
n s / 4
Im
s / 2
Z平面
付带
3s / 2
Re
将s平面主带映射到z平面单位圆
n
将s平面付带以带的形式映射到z平面单
位圆内外，周期为s
k 2, (z) z 2(1 e10T ) e10T z 2 3e10T
2 3e10T 1
z esT将s平面上实部相同而虚部相差 整s 倍数的点映射到z平面同一点上
z与s平面上的点不是一一对应的
7
4. S平面上的等频率线和等衰减系数线
z esT
s j
R | z | eT
z T
s平面：=常数 z平面：
T =常数
等频率线
等俯角线
s平面：=常数 z平面：
等衰减系数线
R eT =常数