计算机控制系统的经典分析方法

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第四章计算机控制系统的控制算法

信号通过零阶保持器后存在幅值衰减和相位滞后。但如果采样周期T足够小，即采样频率足够高时，可以忽略这一影响。对于小的采用周期，用幂级数展开，用T/2 的时间滞后环节来近似：
设相位裕量减少5-15度，则采样周期应选为：
2020-10-19
信息与电气工程学院
山东科技大学
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计算机控制系统
间接设计方法得以实现的重要依据是： (1) 采样周期要满足香农采样定理； (2) 采样周期足够小，达到零阶保持器的相位
因此，计算机控制系统也可以称为数字控制系统、离散控制系统或采样控制系统。
模拟控制系统称为连续控制系统。
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计算机控制系统
2. 离散(数字)控制系统与连续(模拟)控制系统的本质区别在于：模拟系统中的给定量、反馈量和被控量都是连续型的时间函数，而在离散系统中，通过计算机处理得给定量、反馈量和被控量是在时间上离散的数字信号。
把计算机引入连续控制系统中作为控制器使用，便构成了计算机控制系统。
由计算机构成的控制系统，在本质上是一个离散系统。
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计算机控制系统
传递函数的定义
1. 连续系统中传递函数的定义是：零初始条件下，一个环节(系统)的输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。
第四章计算机控制系统的控制算法
第八讲-第十三讲
2020-10-19
信息与电系统
概述
第八讲
计算机控制系统的设计，是指在给定系统性能指标的条件下，设计控制器的控制规律和相应的数字控制算法。
数字控制器的设计方法按其设计特点分为三大类：

计算机控制系统复习资料(精简版列出重点知识点)

第一章概论，讲述计算机控制系统的发展过程；计算机控制系统在日常生活和科学研究中的意义；计算机控制系统的组成及工作原理；计算机控制的特点、优点和问题；与模拟控制系统的不同之处；计算机控制系统的设计与实现问题以及计算机控制系统的性能指标。

1.计算机控制系统与连续模拟系统类似，主要的差别是用计算机系统取代了模拟控制器。

2.计算机系统主要包括：．A／D转换器，将连续模拟信号转换为断续的数字二进制信号，送入计算机；．D／A转换器，将计算机产生的数字指令信号转换为连续模拟信号(直流电压)并送给直流电机的放大部件；．数字计算机(包括硬件及相应软件)，实现信号的转换处理以及工作状态的逻辑管理，按给定的算法程序产生相应的控制指令。

3.计算机控制系统的控制过程可以归结为：．实时数据采集，即A/D变换器对反馈信号及指令信号的瞬时值进行检测和输入；．实时决策，即计算机按给定算法，依采集的信息进行控制行为的决策，生成控制指令；．实时控制，即D/A变换器根据决策结果，适时地向被控对象输出控制信号。

4.计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。

5.自动控制，是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。

6.计算机控制系统的特性系统规模有大有小系统类型多种多样系统造价有高有低计算机控制系统不断推陈出新7.按功能分类1)数据处理系统2)直接数字控制（DDC）3)监督控制（SCC）4)分散型控制5)现场总线控制系统按控制规律分类1)程序和顺序控制2)比例积分微分控制（PID）3)有限拍控制4)复杂控制5)智能控制按控制方式分类1)开环控制2)闭环控制9.计算机控制系统的结构和组成控制算法软件网络硬件11.硬件平台运算处理与存储部分：CPU，存储器（RAM，ROM，EPROM，FLASH-ROM，EEPROM以及磁盘等），时钟，中断，译码，总线驱动等。

输入输出接口部分：各种信号（模拟量，开关量，脉冲量等）的锁存、转换、滤波，调理和接线，以及串行通讯等。

“计算机控制系统”课程教学方法探讨

基金项目：本文系湖南工业大学教学改革项目电工电子实验教学改革探讨”（ “ 项目编号：８５）国家教学质量工程项目“ 动化专业一０Ｃ０、自
第三批高等学校特色专业建设点” （目项编号：Ｓ１３）的研究成果。Ｔ１００
对工业生产过程进行计算机控制是提高产品质量、降低成
方面的技术能力。安排一定数量的习题课，精选例题，讲练结合，举一反三，将 “ 算机控制系统 ” 是一门理论性强、计内容丰富、念抽象、看似零散的知识点联接起来，以不变的基本概念应对万变的题概涉及知识面宽、分析方法多、信息量大的课程，学生需要具备型，加强学生思维训练，培养学生的理解分析能力，就可使学扎实的数学理论、电路理论、电子技术、微处理器原理和自控生巩固所学知识。只有掌握了重点和难点，学起来才会感到容
问题的能力。
关键词：计算机控制系统；学方法；教创新能力作者简介：李祥飞（９９）男，１６－，湖南汨罗，人湖南工业大学电气与信工程学院，副教授，工学博士，主要研究方向：计算机控制研究；
张昌凡（９０）男，湖北武汉人，湖南工业大学副校长，教授，工学博士，主要研究方向：１６－，计算机控制研究。（湖南株洲４２０）１０８
授课时要能将复杂的理论简单化，深奥的知识系统化，抽

《计算机控制技术》计算机控制系统的常规控制技术

PID调节器结构简单、参数易于调整，当被控对象精确数学模型难以建立、系统的参数又经常发生变化时，应用PID控制技术，在线整定最为方便。
在计算机进入控制领域后，用计算机实现数字PID算法代替了模拟 PID调节器。
连续生产过程中,设计数字控制器的两种方法: 1．用经典控制理论设计连续系统模拟调节器，然后用计算机进行数字模拟，这种方法称为模拟化设计方法。 2．应用采样控制理论直接设计数字控制器，这是一种直接设计方法（或称离散化设计）
(z)
R(s) +
R(z)
T
e(s) E(z)
_
T
D(z)
U(z)
T
G h0 (s)
图12 典型计算机控制系统结构框图
G(z) G0 (s)
G(s)
Y (z) T
Y (s)
其中： G(z)＝Z Gho (s)G0 (s)
1 e Ts
Gh0 ( s )
s
广义对象脉冲传递函数
系统的闭环脉冲传递函数系统的误差脉冲传递函数
① 断开数字PID控制器，使系统在手动 1
状态下工作，给被控对象一个阶跃输入
信号；
0
y(t )
y()
② 用仪表记录下在阶跃输入信号下的对象阶跃响应曲线；
p•
0 a
Tm
t b
c
t
图11 对象阶跃响应曲线
③ 在响应曲线上的拐点处作切线，得到对象等效的纯滞后时间和对象等效的时间常数；
④ 选择控制度；
不完全微分PID控制器结构
e(t )
PID 调节器
u(t )
Df (s)
u(t )
不完全微分的PID算法的基本思想是：在PID控制中的微分环节串联上一

第4章计算机控制系统的控制算法

(2)热电偶的热电势与温度热电偶的热电势与温度 T=a4E4+a3E3+a2E2+a1E+a0 用多段折线代替非线性函数。用多段折线代替非线性函数。 (4—8)
计算机控制技术
2.标度变换标度变换 (1)线性参数的标度变换线性参数的标度变换
第 4章计算机控制系统的控制算法计算机控制系统的控制算法
计算机控制技术
第 4章计算机控制系统的控制算法计算机控制系统的控制算法
第4章计算机控制系统的控制算法章 4.1 数字滤波和数据处理 4.1.1 数字滤波数字滤波，就是在计算机中用某种计算方法对输入的信号进行数学处理。数字滤波，就是在计算机中用某种计算方法对输入的信号进行数学处理。以便减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性。以便减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性。常用的数字滤波方法：常用的数字滤波方法：限幅滤波法、限幅滤波法、中位值滤波法、中位值滤波法、平均值滤波法和惯性滤波法。平均值滤波法和惯性滤波法。
Ax =
＝
Nx (A m − A0 ) + A0 Nm
205 (800—200)十200＝682(℃) 十＝ ℃ 255
计算机控制技术
(2)非线性参数的标度变换非线性参数的标度变换差压变送器信号△ 与流量与流量Q的关系为差压变送器信号△P与流量的关系为据此，据此，可得测量流量时的标度变换式为
第 4章计算机控制系统的控制算法计算机控制系统的控制算法
Q = K
∆P
Q x − Q0 K N x − K N 0 = Q m − Q0 K N m − K N 0
式中：式中： Qx——被测量的流量值；被测量的流量值；被测量的流量值 Qm——流量仪表的上限值；流量仪表的上限值；流量仪表的上限值 Q0——流量仪表的下限值；流量仪表的下限值；流量仪表的下限值 Nx——差压变送器所测得的差压值数字量；差压变送器所测得的差压值(数字量差压变送器所测得的差压值数字量)； Nm——差压变送器上限所对应的数字量；差压变送器上限所对应的数字量；差压变送器上限所对应的数字量 N0——差压变送器下限所对应的数字量。差压变送器下限所对应的数字量。差压变送器下限所对应的数字量对于流量测量仪表，一般下限为取0，此时Q 对于流量测量仪表，一般下限为取，此时 0＝0，N0＝0，故上式变为，，

计算机控制系统介绍

25
• 多级控制系统（MCS）
在现代生产企业中，不仅需要解决生产过程的在线控制问题，而且还要求解决生产管理问题，每日生产品种、数量的计划调度以及月季计划安排，制定长远规划、预报销售前景等，于是出现了多级控制系统。 DDC级主要用于直接控制生产过程，进行PID或前馈等控制；SCC级主要用于进行最佳控制或自适应控制或自学习控制计算，并指挥DDC级控制同时向MIS（管理信息系统）级汇报情况。DDC级通常用微型计算机， SCC和MIS级一般用小型计算机或高档微型计算机。
计算机控制系统
课程安排：
学习方式：课堂学习、课堂讨论、课程实验；学习内容：课堂知识（课件，网络学堂下载）、
文献调研、习题、实验；
课后习题要求：每章课程学习完成后的下一周，
提交该章的习题作业，要求作业采用手写纸稿；
考试形式：考查，包括参加课堂学习和讨论、课
程实验，提交实验报告。
2
参考书籍
27
DCS在热电厂的应用
电厂管理计算机
厂级
1号机组计算机
2号机组计算机
3号机组计算机
单元机组级
锅炉控制
汽轮机控制
局部控制
程序控制
制粉控制
水处理功能群控级控制
驱动器、控制器群
执行级
被控过程
28
• 现场总线网络控制系统（FCS, fieldbus control system）
FCS为新型网络集成式全分布控制系统，它将操作站、现场智能仪表以及其它信息资源作为网络中的节点，将原来封闭、专用的系统变成开放、标准的系统，从过程控制走向了过程管理。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线系统具有以下技术特点：①系统开放；②标准统一，互可操作性与可用性；③全数字，现场设备的智能化与功能自治性；④系统结构的高度分散；⑤对现场环境的适应性。

计算机控制系统的经典设计方法-精品文档

经ZOH后：
j T 1 e u ( j ) E * ( j ) D * ( j ) D j
j T 1 e s i n ( T / 2 ) j T / 2 G ( j ) T e Z O H j T / 2
ZOH传递函数：
s i n ( T / 2 ) u ( j) e D * ( j) E ( j j n ) D s T / 2 n
② 一阶保持器z变换法（斜坡响应不变法）
由于和零阶保持器z变换法类似的原因，这种方法应用的较少。
10
2. 一阶向后差分法
(1)离散化公式
实质：将连续域中的微分用一阶向后差分替换
d c ( t ) / d t c ( k ) c ( k 1 ) ] / T tk T[
s与z之间的变换关系：（直接代入）
2
2
2
j T j T / 2 j T / 2 D D D 2 1e 2 e e j j A D j D T T / 2 j / 2 D T 1e T e e T
图5-10 双线性变换映射关系
2s ji n ( T / 2 ) 2 T 2 D j t a nD T 2 c o s ( T / 2 ) T 2 D
j T / 2 必有： D * ( j ) e D ( j )

补偿器模拟控制器
uj ( )e D
jT / 2
D * ( j )( E j)
数字控制器
补偿器：补偿ZOH带来的相位延迟－T/2 当T较小时可以忽略其影响，可以不补偿
7
连续域-离散化设计的步骤如下：

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

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。

自动化专业面试可能问到的专业问题

自控原理：1、自控原理的精髓概括：负反馈;2、自控原理的任务：在没有人直接参与情况下,利用控制装置操纵被控对象,使被控量等于期望值;3、传递函数的概念：对线性定常系统,在零初试条件下,系统的输出变量拉氏变换与输入变量拉氏变换的比;4、一、二阶系统的参数与含义：一阶系统参数T,时间常数,表征系统惯性；二阶系统参数固有频率和阻尼比,阻尼比影响超调量,固有频率影响振荡频率,最佳阻尼比为0.707;5、稳态误差的计算方法：终值定理;6、根轨迹的含义：开环传递函数中某个参数从零变到无穷时,闭环特征根在s 平面上移动的轨迹;可用于求解系统稳定的参数范围;7、系统稳定要求：所有特征根均具有负实部;系统快速性好要求：特征根远离虚轴;系统平稳性好要求：特征根与负实轴成正负45度夹角附近;8、什么是系统的频率特性：在正弦输入下,线性定常模型输出的稳态分量与输入的复数比;9、评价一个系统常用的时域和频域指标：时域指标主要针对的是阶跃响应,包括超调量、调节时间、上升时间、稳态误差开环增益影响稳态误差;频域指标主要针对开环频率特性,包括截止频率、相稳定裕度、模稳定裕度;10、列举几种校正方式：串联校正包括超前校正、滞后校正、反馈校正、前置校正等;11、非线性系统的两种分析方法：相平面法和描述函数法;12、现代控制理论的重要分析方法是什么,它与经典的传递函数分析方法有什么优势：状态空间分析方法;传递函数只能描述单输入单输出系统,且为零初始条件,状态空间发同样适用于多输入多输出系统,而且初始状态可以不为0;13、同一个系统,如果状态变量选择不同,状态方程也会不同;通过可逆线性变换可以将系统的状态方程改变形式,但系统没变,系统的特征方程和特征根也没变,传递函数阵也没变,只是表达形式上变了;14、可控与可观的概念：可控性就是回答“系统的状态能否控制”,可观性就是回答“状态的变化能否由输出反映出来”;具体定义为：一线性定常系统,若存在某输入u能在一个有限的时间t,使系统的状态由任一初态x0转移到另一任意状态x1,则称此系统可控；若在有限时间内,根据输出值y和输入值u,能够确定系统的初始状态x0的每一个分量,则称此系统可观;15、传递函数只能反映系统既可控又可观的部分;系统可控且可观的充要条件是传递函数的分子分母无零极点对消;计算机控制系统1、计算机控制系统结构及原理：被控对象、传感器、A/D、计算机、D/A组成闭环系统;A/D变换包括采样、量化、编码；D/A变换包括解码、信号恢复；计算机上是控制率的设计;2、采样定理：采样频率大于2倍的最高频率;3、s平面的稳定区域是左半平面,z平面的稳定区域是单位圆内;4、稳定性的概念：扰动消失后,系统恢复平衡状态的能力;只与系统的结构、参数有关,与输入无关;5、列举计算机控制系统的经典设计方法：连续域-离散化设计离散方法有：一阶向前或向后差分法、双线性法、零级匹配法、PID控制、z平面根轨迹设计等;6、解释PID的含义及作用：P比例,比例系数加大,使系统的动作灵敏,速度加快；I积分,积分作用能消除稳态误差,提高系统的控制精度,但积分过强会使系统不稳定；D微分,微分作用可以改善动态特性,主要反映在超调量上;电路：1、戴维宁定理：含独立电源的线性电阻单口网络,可以等效为一个电压源和电阻串联单口网络,或一个电流源和电阻并联单口网络;微机原理：1、8086CPU结构问题：由总线接口单元BIU和指令执行单元EU组成,有16根数据线,20根地址线,可寻址1MB存储空间;2、8086寻址方式：立即寻址、寄存器寻址、直接寻址;其中寄存器寻址速度最快;3、D/A转换和A/D转换哪个速度更快 D/A;因为A/D转换常用逐次逼近方式,内含多次D/A转换和信号比较过程,故A/D转换要慢得多;4、中断的分类：内部中断、外部中断包括非屏蔽中断、可屏蔽中断;内部中断的优先级最高;5、微机原理常用芯片：可编程计数器8253、可编程接口8255A、可编程中断控制器8259A、D/A转换DAC0832、A/D转换ADC0809;。

计算机控制系统总结

理想采样信号的频域描述
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。

计算机控制系统知识点

计算机控制系统知识点计算机控制系统是指利用计算机作为中央控制器来控制工业过程、交通运输、机械制造等领域中的各种控制系统的一种系统。

计算机控制系统知识点众多，其中包括计算机控制系统的基本组成、控制系统的分类、控制系统的特点、控制系统的控制方法、控制系统的优化等诸多内容。

一、计算机控制系统的基本组成计算机控制系统由输入、输出、控制器、执行机构四个部分组成。

其中输入部分通常包括传感器、信号调理电路、模数转换器等；输出部分通常包括数字信号输出器、模拟信号输出器、执行机构等。

控制器一般是指由微处理器、可编程逻辑控制器（PLC）或船用控制器等构成的控制模块，执行机构一般指各种电动机、泵、阀门等用来控制操作对象的机构。

二、控制系统的分类根据控制对象的特点，控制系统可以分为连续型系统和离散型系统。

连续型系统是指控制对象运动过程中的时间是连续的，例如温度、压力、流量等都是连续的；离散型系统指控制对象运动过程中的时间是离散的，例如工艺流程、机具动作等都是离散的。

根据控制系统的算法，控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统。

开环控制系统是指没有反馈信号或反馈信号量不参与控制算法的控制系统。

例如，定时器就是一个开环控制器。

闭环控制系统是指反馈信号量参与控制算法的控制系统，也称为反馈控制系统。

三、控制系统的特点控制系统的特点包括：系统的控制目标明确、控制精度高、响应速度快、稳定性好、可靠性高、可编程性强等特点。

四、控制系统的控制方法根据控制系统的特点和用途不同，控制系统的控制方法也各有不同。

常见的控制方法包括：1、比例控制：比例控制是指控制输出量与输入量呈比例关系的控制方法。

比例控制在工业生产中广泛应用，例如机床加工中的主轴脉冲控制就采用了比例控制技术。

2、积分控制：积分控制是指控制器对偏差信号进行积分运算后输出控制信号的控制方法。

积分控制常用于工业自动化中的流量控制、温度控制等方面。

3、微分控制：微分控制是指控制器对偏差信号进行微分运算后输出控制信号的控制方法。

计算机控制系统经典设计方法——模拟控制器的离散化方法

【答案】
aT D( z ) 1 1 aT z
例7.8 已知模拟控制器D(s)=a/(s+a)，用前向差分求数字控制器D(z)。【答案】
aT D( z ) z (aT 1)
模拟控制器的离散化方法（续十）
4. 双线性变换法(Tustin变换法)
D( z ) D( s)
s 2 z 1 T z 1
模拟控制器的离散化方法（续五）
一阶后向差分:
D( z ) D( s )
1 z 1 s T
U ( s) 1 D( s ) E ( s) s
u (kT ) u[(k 1)T ] Te(k )
一阶向后差分的s与z替换关系是 z变量与s变量关系的一种近似
图7-22 后向差分矩形积分法
z e sT
K z ( z e z1T )(z e z2T )( z e zmT ) D( z )＝ ( z 1) nm ( z e p1T )(z e p2T )( z e pnT )
模拟控制器的离散化方法（续十三）
例7.9 已知模拟控制器D(s)=a/(s+a)，用双线性变化法求数字控制器D(z)。【答案】
ห้องสมุดไป่ตู้
模拟控制器的离散化方法（续八）
D(s)稳定，D(z)不一定稳定；若D(s)有离虚轴较远的点，只有缩小采样周期T才有可能稳定； D(z)不能保持D(s)的脉冲响应和频率响应。
前向差分变换法特点
图7-25 前向差分法的映射关系
模拟控制器的离散化方法（续九）
例7.7 已知模拟控制器D(s)=a/(s+a)，用后向差分求数字控制器D(z)。
基本思想：用零阶保持器与模拟控制器相串连，然后再进行Z变换离散化成数字控制器。要求脉冲传递函数和连续传递函数的单位阶跃输出响应在采样时刻相等。

计算机控制系统中常见的数据处理方法分析

硬件。从而大大降低系统成本。（）２能够自动修正各种误差，高测量精度。提（）够对被测参数进行复杂的计算和处理。３能（）４能够实现对传感器和测量装置的监控，高系提统的可靠性常见的数据处理方法有：算法，表法，字滤计查数
量在进行显示、警及控制之前，报还必须根据需要进行
一
于始ｆ
＿
些加工处理．数字滤波、度变换、值计算、如标数逻辑
｜
一 … …
醴数水点、终起
判断及非线性补偿等，以满足各种不同系统的需要。和常规的模拟系统相比．计算机数据处理系统具有如下优点：
据搜索２２计算查表法．计算查表法适用于数据按一定的规律排列．并且
该输入信号是干扰信号，去掉；小于此偏差值，应若可将该信号作为本次采样值。当采样信号由于随机干扰．如大功率电气设备的
波技术，程自动转换和标度变换，线性补偿，据量非数极性和字长的预处理计算法
一
、
计算法就是在已测参数的基础上．利用各种运算
图１
数字滤波技术程序计算出需要的参数。用计算法处理数据一般可按三、在工业过程控制系统中．由于被控对象所处环境以下步骤进行：１根据物理和工程实际求出被测参数（）常如电磁的数学表达式；２根据要求的精度，定Ｄ转换器比较恶劣，存在干扰源，环境温度、场、场等，（）确

自动控制原理-第10章计算机控制系统

第10章计算机控制系统从控制系统中信号的形式来划分控制系统的类型，可以把控制系统划分为连续控制系统和离散控制系统，在前面各章所研究的控制系统中，各个变量都是时间的连续函数，称为连续控制系统。

当控制系统中有一部分信号不是时间的连续函数，而是一组离散的脉冲序列或数字序列，这样的系统称为离散控制系统。

离散控制系统又分为采样控制系统和数字控制系统两种类型。

如果系统中的离散信号是由采样器经采样获得的脉冲序列，则这样的离散系统就是采样控制系统；如果离散信号是由数字元件产生的数字序列，则这样的离散系统就是数字控制系统。

一般来说，在采样控制系统中，控制器信号是离散的脉冲序列，而受控对象信号是连续的模拟信号。

因此，在这类系统中，必然存在着从连续模拟信号到离散脉冲信号和从离散脉冲信号到连续模拟信号的变换过程。

从连续模拟信号到离散脉冲序列信号的变换过程称为信号的采样过程，简称采样，实现采样的元件称为采样器或采样开关。

从离散脉冲信号到连续模拟信号的变换过程称为信号的复现过程，信号的复现过程是由被称为保持器的元件完成的。

数字控制系统是以计算机为控制器的闭环控制系统，又称为计算控制系统。

在数字控制系统中，控制器信号是离散的数字序列，而受控对象信号是连续的模拟信号。

因此，在这类系统中，必然存在着从连续模拟信号到离散数字信号和从离散数字信号到连续模拟信号的变换过程。

从连续模拟信号到离散数字信号的转换过程称为模/数（A/D）转换，用A/D转换器完成。

从离散数字信号到连续模拟信号的变换过程称为数/模（D/A）转换，用D/A转换器完成。

离散系统与连续系统相比，有许多分析研究方面的相似性。

利用z变换法研究离散系统，可以把连续系统中的许多概念和方法，推广应用于离散系统。

本章首先给出线性离散控制系统的组成、信号采样和保持、离散系统的数学描述，然后介绍z变换理论和脉冲传递函数，最后研究线性离散系统稳定性、稳态误差、动态性能的分析与综合方法。