武汉理工大学自动控制原理PPT课件
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信号采样和复现 在采样控制系统中,把连续信号转变为脉冲序列的 过程,称为采样过程,简称采样.实现采样的装置称为采样 器,或称采样开关,如下图所示.
6
e(t)
0
S e(t)
e*(t)
T
e*(t)
T
t nT 开关闭合
t tnT 开关打开 0
采样过程
T
2T 3T t
7
在采样控制系统中,把脉冲序列转变为连续信号的过程, 称为信号复现过程.实现复现过程的装置称为保持器,如下图 所示.
⑷ 可用一台计算机分时控制若干个系统,经济性好.
⑸ 对于具有传输延迟,特别是大滞后的控制系统,可以引人 采样的方式使其趋于稳定.
16
7.2 信号的采样和保持的数学描述
7.2.1 采样过程
把连续信号变换为脉冲序列的装置称为采样器,又叫采样开
关.采样器的采样过程可以用一个周期性闭合的采样开关 S
(Switch) 来表示,如图7-17所示.
序列的过程称, 为采样过程
5
采样又可分为周期采样和非周期采样(随机采样).本 章仅讨论周期采样,且如果系统中有几个采样器,则它们应 该是同步等周期的.
为了实现两种信号的转换,在连续信号和脉冲序列之 间要用采样器(sampler),而在脉冲序列和连续信号之间要 用保持器(hold).采样器和保持器,是采样控制系统中两个 特殊环节.
第七章 线性离散系统的分析与校正
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前言
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§7.1 离散系统的基本概念
连续系统：如果控制系统中的所有信号都是时间变量的连 续函数，则这样的系统称为连续时间系统，简称连续系统。 离散系统：如果控制系统中有一处或几处信号是一串脉冲 或数码，这些信号仅定义在离散时间上，则这样的系统称 为离散时间系统，简称离散系统
正装置,在结构图中可以等效为一个传递函数为 Gc(s) 的脉 冲控制器和一个周期为 T 的理想采样开关 S 相串联.则上图
的等效采样系统结构图如下图所示.实际上,下图也是数字控 制系统的常见典型结构图.
14
r(t) e(t)
-
e*(t)
u(t)
Gc(s)
u*(t)
uh (t)
c(t)
Gh(s)
Gp(s)
保持器的作用有:
① 实现两种信号之间的转换;
② 对脉冲信号进行复现滤波,避免高频噪声加入到系统
的连续部分中去.
e*(t)
eh(t)
保持器
0 T2T
t
0 T2T
t
复现过程
8
采样系统的典型结构图
根据采样器在系统中所处的位置不同,可以构成各种采样 系统.如果采样器位于系统闭合回路之外,或者系统本身不存在 闭合回路,则称为开环采样系统;如果采样器位于系统闭合回路 之内,则称为闭环采样系统.在各种采样控制系统中,用得最多的 是误差采样控制的闭环采样系统,如下图所示.
13
数字控制系统的典型结构图
通常,假定所选择的 A/D 转换器有足够的字长来表示数 码,量化单位 q 足够小,所以由量化引起的幅值断续性可以忽 略.此外还假定,采样编码过程是瞬间完成的,可用理想脉冲的 幅值等效代替数字信号的大小,则 A/D 转换器可以用周期为 T 的理想开关来代替.同理, D/A转换器可以用保持器来替代,其 传递函数为 Gh(s).上图中的数字控制器实质上是一个数字校
3
1、采样控制系统
检流器每隔T秒与电位器 接触一次，每次接触时间
为
（1）信号采样和复现
(1).采样周期: 采 样 开 关 T0重 经复 一 ,每 闭 定 次 合 时 闭 间 合
h,hT0,T0称 为 采 样 周 期
(2).采样频率: 采样周f期 sT 1 0 的倒数
(3)采样角频率:
2 s T0
rad/s
(4).采样脉冲序列:
连续时间函数经采样开关采样后变成重复
周期为 T 的时间序列,.称采样脉冲序列
该脉冲序列在时间上是离
散的在,, 幅值上是连续的。
离散模拟信号用
e
* h
表示
4T0 0 T0 2T03T0
(5).采样过程: 将连续时间函数经过采样开关的采样而变成脉冲
5T0
6T0
e
* h
(
t t)
12
r(t)
e(t)
A/D
e *(t)
u *(t)
数字控制器
D/A
uh (t) 被控对象
c(t)
-
数字计算机
测量元件
计算机控制系统典型原理图
A/D：模数转换器，将连续的模拟信号转换为离散的数字
信号。包括采样与量化两过程。
D/A：数模转换器，将离散的数字信号转换为连续的模
拟信号。包括解码与复现两过程。
10
2、数字控制系统 小口径高炮高精度伺服系统
数字控制系统是一种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系统.包括：⑴数字计算 机（离散）；⑵被控对象（controlled plant）（连续）
采样系统 — 时间离散，数值连续
系统类型：
数字系统 — 时间离散，数值离散
计算机作为系统的控制器（controller）,其输入输出只能 是二进制编码的数字信号,即在时间上和幅值上都离散的信号, 而系统中被控对象和测量元件的输入输出是连续信号,所以在计 算机控制系统中,需要A/D和D/A转换器,以实现两种信号的转换. 计算机控制系统的典型原理图如下图所示.
S
S
b(t) H(s)
数字控制系统典型结构图
15
离散控制系统的特点 ⑴ 由数字计算机构成的数字校正装置,效果比连续式校正
装置好,且由软件实现的控制规律易于改变,控制灵活.
⑵ 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.
⑶ 允许采用高灵敏度的控制元件,以提高系统的控制精度.
e(t)
e*(t)
T
S e(t)
e*(t)
Hale Waihona Puke Baidu
T
0
t
0
T
2T 3T t
图7-17 实际采样过程
17
当采样开关的闭合时间 0 时,采样器就可以用一个理想
采样开关来代替,采样过程可以看成是一个幅值调制过程.理想
采样开关好像是一个载波为 T (t) 的幅值调制器,如图7-18所示,
e(t)
e*(t)
eh (t)
0
t0
t0
t
r(t) e(t ) +-
S e*(t)
T
Gh(s)
eh (t) Gp(s) c(t)
b(t)
H(s)
9
采样系统典型结构图
由上图可见,采样开关 S 的输出 e(t)的幅值,与其输入 e(t) 的幅值之间存在线性关系.当采样开关和系统其余部分的传递函 数都具有线性特性时,这样的系统就称为线性采样系统.
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e(t)
0
S e(t)
e*(t)
T
e*(t)
T
t nT 开关闭合
t tnT 开关打开 0
采样过程
T
2T 3T t
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在采样控制系统中,把脉冲序列转变为连续信号的过程, 称为信号复现过程.实现复现过程的装置称为保持器,如下图 所示.
⑷ 可用一台计算机分时控制若干个系统,经济性好.
⑸ 对于具有传输延迟,特别是大滞后的控制系统,可以引人 采样的方式使其趋于稳定.
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7.2 信号的采样和保持的数学描述
7.2.1 采样过程
把连续信号变换为脉冲序列的装置称为采样器,又叫采样开
关.采样器的采样过程可以用一个周期性闭合的采样开关 S
(Switch) 来表示,如图7-17所示.
序列的过程称, 为采样过程
5
采样又可分为周期采样和非周期采样(随机采样).本 章仅讨论周期采样,且如果系统中有几个采样器,则它们应 该是同步等周期的.
为了实现两种信号的转换,在连续信号和脉冲序列之 间要用采样器(sampler),而在脉冲序列和连续信号之间要 用保持器(hold).采样器和保持器,是采样控制系统中两个 特殊环节.
第七章 线性离散系统的分析与校正
1
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§7.1 离散系统的基本概念
连续系统：如果控制系统中的所有信号都是时间变量的连 续函数，则这样的系统称为连续时间系统，简称连续系统。 离散系统：如果控制系统中有一处或几处信号是一串脉冲 或数码，这些信号仅定义在离散时间上，则这样的系统称 为离散时间系统，简称离散系统
正装置,在结构图中可以等效为一个传递函数为 Gc(s) 的脉 冲控制器和一个周期为 T 的理想采样开关 S 相串联.则上图
的等效采样系统结构图如下图所示.实际上,下图也是数字控 制系统的常见典型结构图.
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r(t) e(t)
-
e*(t)
u(t)
Gc(s)
u*(t)
uh (t)
c(t)
Gh(s)
Gp(s)
保持器的作用有:
① 实现两种信号之间的转换;
② 对脉冲信号进行复现滤波,避免高频噪声加入到系统
的连续部分中去.
e*(t)
eh(t)
保持器
0 T2T
t
0 T2T
t
复现过程
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采样系统的典型结构图
根据采样器在系统中所处的位置不同,可以构成各种采样 系统.如果采样器位于系统闭合回路之外,或者系统本身不存在 闭合回路,则称为开环采样系统;如果采样器位于系统闭合回路 之内,则称为闭环采样系统.在各种采样控制系统中,用得最多的 是误差采样控制的闭环采样系统,如下图所示.
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数字控制系统的典型结构图
通常,假定所选择的 A/D 转换器有足够的字长来表示数 码,量化单位 q 足够小,所以由量化引起的幅值断续性可以忽 略.此外还假定,采样编码过程是瞬间完成的,可用理想脉冲的 幅值等效代替数字信号的大小,则 A/D 转换器可以用周期为 T 的理想开关来代替.同理, D/A转换器可以用保持器来替代,其 传递函数为 Gh(s).上图中的数字控制器实质上是一个数字校
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1、采样控制系统
检流器每隔T秒与电位器 接触一次，每次接触时间
为
（1）信号采样和复现
(1).采样周期: 采 样 开 关 T0重 经复 一 ,每 闭 定 次 合 时 闭 间 合
h,hT0,T0称 为 采 样 周 期
(2).采样频率: 采样周f期 sT 1 0 的倒数
(3)采样角频率:
2 s T0
rad/s
(4).采样脉冲序列:
连续时间函数经采样开关采样后变成重复
周期为 T 的时间序列,.称采样脉冲序列
该脉冲序列在时间上是离
散的在,, 幅值上是连续的。
离散模拟信号用
e
* h
表示
4T0 0 T0 2T03T0
(5).采样过程: 将连续时间函数经过采样开关的采样而变成脉冲
5T0
6T0
e
* h
(
t t)
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r(t)
e(t)
A/D
e *(t)
u *(t)
数字控制器
D/A
uh (t) 被控对象
c(t)
-
数字计算机
测量元件
计算机控制系统典型原理图
A/D：模数转换器，将连续的模拟信号转换为离散的数字
信号。包括采样与量化两过程。
D/A：数模转换器，将离散的数字信号转换为连续的模
拟信号。包括解码与复现两过程。
10
2、数字控制系统 小口径高炮高精度伺服系统
数字控制系统是一种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系统.包括：⑴数字计算 机（离散）；⑵被控对象（controlled plant）（连续）
采样系统 — 时间离散，数值连续
系统类型：
数字系统 — 时间离散，数值离散
计算机作为系统的控制器（controller）,其输入输出只能 是二进制编码的数字信号,即在时间上和幅值上都离散的信号, 而系统中被控对象和测量元件的输入输出是连续信号,所以在计 算机控制系统中,需要A/D和D/A转换器,以实现两种信号的转换. 计算机控制系统的典型原理图如下图所示.
S
S
b(t) H(s)
数字控制系统典型结构图
15
离散控制系统的特点 ⑴ 由数字计算机构成的数字校正装置,效果比连续式校正
装置好,且由软件实现的控制规律易于改变,控制灵活.
⑵ 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.
⑶ 允许采用高灵敏度的控制元件,以提高系统的控制精度.
e(t)
e*(t)
T
S e(t)
e*(t)
Hale Waihona Puke Baidu
T
0
t
0
T
2T 3T t
图7-17 实际采样过程
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当采样开关的闭合时间 0 时,采样器就可以用一个理想
采样开关来代替,采样过程可以看成是一个幅值调制过程.理想
采样开关好像是一个载波为 T (t) 的幅值调制器,如图7-18所示,
e(t)
e*(t)
eh (t)
0
t0
t0
t
r(t) e(t ) +-
S e*(t)
T
Gh(s)
eh (t) Gp(s) c(t)
b(t)
H(s)
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采样系统典型结构图
由上图可见,采样开关 S 的输出 e(t)的幅值,与其输入 e(t) 的幅值之间存在线性关系.当采样开关和系统其余部分的传递函 数都具有线性特性时,这样的系统就称为线性采样系统.