数字控制系统理论与设计PPT课件
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第五章数字控制器的离散化设计方法
第五章数字控制器的离散化设计⽅法第五章数字控制器的离散化设计⽅法数字控制器的连续化设计是按照连续控制系统的理论在S 域内设计模拟调节器，然后再⽤计算机进⾏数字模拟，通过软件编程实现的。
这种⽅法要求采样周期⾜够⼩才能得到满意的设计结果，因此只能实现⽐较简单的控制算法。
当控制回路⽐较多或者控制规律⽐较复杂时，系统的采样周期不可能太⼩，数字控制器的连续化设计⽅法往往得不到满意的控制效果。
这时要考虑信号采样的影响，从被控对象的实际特性出发，直接根据采样控制理论进⾏分析和综合，在Z 平⾯设计数字控制器，最后通过软件编程实现，这种⽅法称为数字控制器的离散化设计⽅法，也称为数字控制器的直接设计法。
数字控制器的离散化设计完全根据采样系统的特点进⾏分析和设计，不论采样周期的⼤⼩，这种⽅法都适合，因此它更具有⼀般的意义，⽽且它可以实现⽐较复杂的控制规律。
5.1 数字控制器的离散化设计步骤数字控制器的连续化设计是把计算机控制系统近似看作连续系统，所⽤的数学⼯具是微分⽅程和拉⽒变换；⽽离散化设计是把计算机控制系统近似看作离散系统，所⽤的数学⼯具是差分⽅程和Z 变换，完全采⽤离散控制系统理论进⾏分析，直接设计数字控制器。
计算机采样控制系统基本结构如图5.1所⽰。
图中G 0(s)是被控对象的传递函数，H(s)是零阶保持器的传递函数，G(z)是⼴义被控对象的脉冲传递函数，D(z)是数字控制器的脉冲传递函数， R(z)是系统的给定输⼊，C(z)是闭环系统的输出，φ(z)是闭环系统的脉冲传递函数。
零阶保持器的传递函数为：se s H Ts--=1)( （5-1）⼴义被控对象的脉冲传递函数为：[])()()(0s G s H Z z G = （5-2）由图可以求出开环系统的脉冲传递函数为：图5.1 计算机采样控制系统基本结构图)()()()()(z G z D z E z C z W == （5-3）闭环系统的脉冲传递函数为：()()()()()1()()C zD z G z z R z D z G z Φ==+ （5-4）误差的脉冲传递函数为：()1()()1()()e E z z R z D z G z Φ==+ （5-5）显然 )(1)(z z e Φ-=Φ（5-6）由式（5-4）可以求出数字控制器的脉冲传递函数为：)](1)[()()(z z G z z D Φ-Φ= （5-7）如果已知被控对象的传递函数G 0(s)，并且可以根据控制系统的性能指标确定闭环系统的脉冲传递函数φ(z)，由上式可以得到离散化⽅法设计数字控制器的步骤：（1）根据式（5-2）求出⼴义被控对象的脉冲传递函数G(z)。
脉冲电路PWM调制PPT课件
是一种通过调节脉冲宽度来控制输出电压或电流的调制方式。
脉冲宽度
指高电平持续的时间，通常用占空比表示，即脉冲宽度与周期的比 值。
PWM调制的基本原理
通过改变脉冲宽度来等效改变输出电压或电流的大小。
PWM信号的生成原理
采样控制理论
PWM信号的生成基于采样控制理论，通过对输入信号进行采样，并根据采样结果生成相 应的PWM信号。
电流模式控制PWM调制是通过检测输出电流的占空比来实现对输出电流的控制。
电流模式控制PWM调制具有电流响应速度快、控制精度高等优点，因此在许多应用 中得到广泛应用。
电流模式控制PWM调制的主要缺点是可能会产生较大的输出电流纹波。
电压和电流模式比较
电压模式控制PWM调制和电流模式控制PWM调制各有优缺点，具体选择哪种方式要根据 实际应用需求来决定。
PWM调制技术在能源转换、电机控制、通 信等领域具有广泛的应用前景，随着技术 的不断成熟，其应用领域将进一步拓展。
经济价值
社会效益
PWM调制技术的推广应用将带来显著的经 济效益，有助于推动相关产业的发展和经 济增长。
PWM调制技术的节能减排效果明显，对于 应对全球气候变化、推动可持续发展具有 重要意义。
04 PWM调制在脉冲电路中 的优势与挑战
PWM调制在脉冲电路中的优势
高效能
PWM调制能够有效地控 制脉冲宽度，从而提高 脉冲电路的能量效率。
灵活性高
PWM调制允许在单个脉 冲中实现多个级别的电 压或电流，从而提供更
大的灵活性。
易于实现
PWM调制可以通过简单 的数字或模拟电路实现， 降低了设计和实现的复
线性度
PWM信号的线性度取决于采样电 路和PWM生成电路的设计，高质 量的PWM信号应具有良好的线性
脉冲宽度
指高电平持续的时间，通常用占空比表示，即脉冲宽度与周期的比 值。
PWM调制的基本原理
通过改变脉冲宽度来等效改变输出电压或电流的大小。
PWM信号的生成原理
采样控制理论
PWM信号的生成基于采样控制理论，通过对输入信号进行采样，并根据采样结果生成相 应的PWM信号。
电流模式控制PWM调制是通过检测输出电流的占空比来实现对输出电流的控制。
电流模式控制PWM调制具有电流响应速度快、控制精度高等优点，因此在许多应用 中得到广泛应用。
电流模式控制PWM调制的主要缺点是可能会产生较大的输出电流纹波。
电压和电流模式比较
电压模式控制PWM调制和电流模式控制PWM调制各有优缺点，具体选择哪种方式要根据 实际应用需求来决定。
PWM调制技术在能源转换、电机控制、通 信等领域具有广泛的应用前景，随着技术 的不断成熟，其应用领域将进一步拓展。
经济价值
社会效益
PWM调制技术的推广应用将带来显著的经 济效益，有助于推动相关产业的发展和经 济增长。
PWM调制技术的节能减排效果明显，对于 应对全球气候变化、推动可持续发展具有 重要意义。
04 PWM调制在脉冲电路中 的优势与挑战
PWM调制在脉冲电路中的优势
高效能
PWM调制能够有效地控 制脉冲宽度，从而提高 脉冲电路的能量效率。
灵活性高
PWM调制允许在单个脉 冲中实现多个级别的电 压或电流，从而提供更
大的灵活性。
易于实现
PWM调制可以通过简单 的数字或模拟电路实现， 降低了设计和实现的复
线性度
PWM信号的线性度取决于采样电 路和PWM生成电路的设计，高质 量的PWM信号应具有良好的线性
PID控制和其MATLAB仿真
序号，k=1,2,……,e (k-1)和e (k)分别为第(k-
1)和第k时刻所得旳偏差信号。
1.3.1 位置式PID控制算法
• 位置式PID控制系统
1.3.1 位置式PID控制算法
根据位置式PID控制算法得 到其程序框图。
在仿真过程中，可根据实 际情况，对控制器旳输出 进行限幅：[-10，10]。
• 变速积分旳基本思想是，设法变化积分项旳累加 速度，使其与偏差大小相相应：偏差越大，积分 越慢；反之则越快，有利于提升系统品质。
• 设置系数f(e(k))，它是e(k)旳函数。当 ∣e(k)∣增大时，f减小，反之增大。变速积分 旳PID积分项体现式为：
ui (k )
ki
k
1
e(i)
f
e(k )e(k )T
i0
1.3.8 变速积分算法及仿真
• 系数f与偏差目前值∣e(k)∣旳关系能够是线性 旳或是非线性旳，例如，可设为
1
f
e(k
)
A
e(k A
)
B
0
e(k) B B e(k) A B e(k) A B
1.3.8 变速积分算法及仿真
• 变速积分PID算法为：
u(k)
k
p e(k )
ki
1.3.4 增量式PID控制算法及仿真
• 增量式PID阶跃跟踪成果
1.3.5 积分分离PID控制算法及仿真
• 在一般PID控制中，引入积分环节旳目旳主要是为了 消除静差，提升控制精度。但在过程旳开启、结束或 大幅度增减设定时，短时间内系统输出有很大旳偏差 ,会造成PID运算旳积分积累，致使控制量超出执行机 构可能允许旳最大动作范围相应旳极限控制量，引起 系统较大旳振荡，这在生产中是绝对不允许旳。
《控制系统数字仿真与CAD 第4版》课件第3章 控制系统的数字仿真
传递函数如下：
Id (s) 1/ R Ud 0 (s) E(s) Tl s 1
（3-5）
电流与电动势间的传递函数为：
E(s)
R
Id (s) IdL (s) Tms
上述式（3-5）、（3-6）可用图的形式描述，如图3-2所示。
（3-6）
直流电动机与驱动电源的数学模型
Ud0 s
1/ R Tl s 1
直流电动机的转速/电流双闭环PID控制方案
一、 双闭环V-M调速系统的目的
双闭环V-M调速系统着重解决了如下两方面的问题： 1. 起动的快速性问题
借助于PI调节器的饱和非线性特性，使得系统在电动机允许的过载 能力下尽可能地快速起动。
理想的电动机起动特性为
直流电动机的转速/电流双闭环PID控制方案
从中可知 1）偏差使调节器输出电压U无限制地增加(正向或负向)。因此，输 出端加限制装置（即限幅Um)。 2）要使ASR退出饱和输出控制状态，一定要有超调产生。 3）若控制系统中（前向通道上）存在积分作用的环节，则在给定 作用下，系统输出一定会出现超调。
直流电动机的转速/电流双闭环PID控制方案
三、 关于ASR与ACR的工程设计问题
对上式取拉普拉斯变换，可得“频域”下的传递函数模型为：
Ud 0 (s) Uct (s)
K s eTs s
（3-7）
由于式（3-7）中含有指数函数 eTss，它使系统成为“非最小相位系统”；
为简化分析与设计，我们可将 eTss 按泰勒级数展开，则式（3-7）变成：
Ud 0 (s) Uct (s)
KseTss
n hTn 50.01834s 0.0917s
直流电动机的转速/电流双闭环PID控制方案
第八章-航空发动机数字模型PPT演示课件
环节相串联的框图。图中燃油泵作为一个
环节，输出量为供油量Wf，输入量为发
动机转速n（由于泵的转速与发动机转速
之比一定，故常用n来代表）及油泵调节
机构位置m。
带传动燃油泵的
7
基本发动机框图
❖ 考虑燃油延误时的动态方程
在推导基本发动机动态方程时，假设（6）曾忽略了燃油室 内的燃烧过程的时间滞后。实际上，燃料供给和燃料吸热、 汽化、氧化、放热以及燃气温度上升到稳定值，这整个过程 是需要一定时间来完成的，通常把这段时间称为燃烧延误时 间，用т表示，т在0.05~0.2s范围内变化，其值一般由试验 测定。燃烧延误会影响发动机的动态特性，有时甚至会使发 动机控制系统的工作产生不稳定现象。因此，在对发动机的 动态特性作精确分析时应予考虑。
考虑燃烧延误和基本
8
发动机结构图
线性模型的建立
❖ 上述基本发动机动态方程的推导方法，只适用于求取以供油
量作为输入，转速作为输出的动态方程。动态方程系数TT和KT 的估算不方便。在生产和科学研究实际中，动态参数的估算，
往往不是从发动机剩余扭矩偏导数进行计算，而是根据发动机
压气机特性、涡轮特性、设计点发动机热力参数，以及发动机
5
基本发动机简图
❖ 基本假设 由于发动机内部的气动热力过程比较复杂，为了简化发动
机数学模型的推导，特作以下假设。 （1）只考虑发动机转子惯性对发动机动态特性的影响，忽略 热惯性和部件通道容积动力学的影响； （2）只研究发动机在其稳态点附近的小偏离运动，并认为动 态过程部件效率及总压损失系数保持不变； （3）涡轮导向器及尾喷口都处于临界以上状态工作； （4）飞行条件不变; （5）燃油泵不由发动机带动； （6）忽略燃烧延误及燃气与空气流量的差别。
数字控制理论及应用(讲稿)第二章 数字控制系统的组成
第二章 数字控制系统的组成第一节 数字控制系统硬件及软件组成一、 硬件部分计算机控制系统的硬件包括主机、接口电路、过程输入/输出通道、外部设备、操作台等。
1、主机它是过程计算机控制系统的核心，由中央处理器（CPU）和内存储器组成。
主机根据输入通道送来的被控对象的状态参数，按照预先制定的控制算法编好的程序，自动进行信息处理、分析、计算，并作出相应的控制决策，然后通过输出通道发出控制命令，使被控对象按照预定的规律工作。
2、接口电路它是主机与外部设备、输入/输出通道进行信息交换的桥梁。
在过程计算机控制系统中，主机接收数据或者向外发布命令和数据都是通过接口电路进行的，接口电路完成主机与其它设备的协调工作，实现信息的传送。
3、过程输入/输出通道过程输入输出（I/O）通道在微机和生产过程之间起着信号传递与变换的纽带作用，它是主机和被控对象实现信息传送与交换的通道。
模拟量输入通道把反映生产过程或设备工况的模拟信号转换为数字信号送给微机；模拟量输出通道则把微机输出的数字控制信号转换为模拟信号（电压或电流）作用于执行设备，实现生产过程的自动控制。
微机通过开关量（脉冲量、数字量）输入通道输入反映生产过程或设备工况的开关信号（如继电器接点、行程开关、按纽等）或脉冲信号；通过开关量（数字量）输出通道控制那些能接受开关（数字）信号的电器设备。
1）、模拟量输入（AI）通道：生产过程中各种连续的物理量(如温度、流量、压力、液位、位移、速度、电流、电压以及气体或液体的PH值、浓度、浊度等），只要由在线仪表将其转换为相应的标准模拟量电信号，均可送入模拟量输入通道进行处理。
2）、模拟量输出（AO）通道：模拟量输出通道一般是输出4～20mA（或1～5V）的连续的直流电流信号，用来控制各种直行程或角行程电动执行机构的行程，或通过调速装置（如各种变频调速器）控制各种电机的转速，亦可通过电-气转换器或电-液转换器来控制各种气动或液动执行机构，例如控制气动阀门的开度等等。
控制算法PPT课件
与被调量实测值 构成的控制偏差信号 ：
r (t )
y (t )
e(t)
e(t) r((3t).1) y(t)
其输出为该偏差信号的比例、积分、微分的线性组合，
也即PID控制律：
u(t)
KP
e(t)
1 T( 3I
.
t
20 e)(t
)dt
TD
de(t) dt
式中， 为比例系K数P ； 为积分时T间I 常数； 为微分时TD间常数。
数字PID控制器的输出控制量通常都是通过D/A转换器输出 的，在D/A转换器中将数字第信26号页/共转52换页成模拟信号（4～20 mA
控制算法
图3.6 增量型算法流程图
第27页/共52页
模糊（F模uzz糊y）控控制制算是法用语言归纳操作人员的控制策略，运用语言变
量和模糊集合理论形成控制算法的一种控制。模糊控制的最重要特征 是不需要建立被控对象精确的数学模型，只要求把现场操作人员的经 验和数据总结成较完善的语言控制规则，从而能够对具有不确定性、 不精确性、噪声以及非线性、时变性、时滞等特征的控制对象进行控 制。模糊控制系统的鲁棒性强，尤其适用于非线性、时变、滞后系统 的控制。模糊控制的基本结构如图3.7所示。
个历史数据可以采用平移法保存，从而可以递推使用，占用 的存储单元少，编程简单，运算速度快。增量型算法的程序 流程图如图3.6所示。
增量型算法仅仅是在算法设计上的改进，其输出是相对于上 次控制输出量的增量形式，并没有改变位置型算法的本质，即 它仍然反映执行机构的位置开度。如果希望输出控制量的增量， 则必须采用具有保持位置功能的执行机构。
1
1.2 1.4 1.6 1.8
2
Time (sec)
计算机控制原理第6章2
7
数字PID 数字PID 控制器的另一个参数对系统 性能的影响
(4) 采样周期T的选择原则 采样周期T
从信号不失真要求上，必须满足采样定理的要求。 从控制系统的随动和抗干扰的性能来看，则T小些好。 根据执行机构的类型，当执行机构动作惯性大时，T应取大些。否则执行 机构来不及反应控制器输出值的变化。 从计算机的工作量及每个调节回路的计算成本来看，T应选大些。T大对 每个控制回路的计算控制工作量相对减小，可以增加控制的回路数。 从计算机能精确执行控制算式来看，T应选大些。因为计算机字长有限， T过小，偏差值e(k)可能很小，甚至为0，调节作用减弱,各微分、积分作用 不明显。
• 将连续系统的时间离散化：
t = KT ,
• 积分用累加求和近似：
t K
( K = 0, 1, L , n)
K
∫ e(t )dt = ∑ e( j )T = T ∑
0 j =0 j =0
e( j )
• 微分用一阶后向差分近似：
de(t ) e(k ) − e(k − 1) ≈ dt T
12
TD u (k ) = K p {e(k ) + ∑ e( j ) + [e(k ) − e(k − 1)]} TI j =0 T
TD u (k − 1) = K p {e(k − 1) + ∑ e( j ) + [e(k − 1) − e(k − 2)] TI j =0 T T
6
PID 控制器参数对系统性能的影响
(3) 微分时间常数TD对系统性能的影响 微分时间常数T 微分控制可以改善动态特性，如超调量减小，调节时间缩短 ，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。 当TD偏大时，超调量较大，调节时间较长; 当TD偏小时，超调量也较大，调节时间也较长; 只有TD合适时，可以得到比较满意的过渡过程。
自动化专业介绍ppt课件(18页)
薪资水平
自动化专业人才在就业市 场上具有较高的竞争力， 薪资水平相对较高。
主要就业方向介绍
工业控制方向
从事工业生产过程中的 自动化控制、工艺流程 设计、设备维护等工作
。
智能家居方向
从事智能家居系统设计 、开发、调试和维护等
工作。
机器人方向
从事机器人研发、设计 、应用和推广等工作。
电力系统方向
从事电力系统自动化、 继电保护、电气传动等
控制系统的设计方法
03
包括PID控制、模糊控制等。
03
自动化专业核心课程
自动控制原理
1 2
自动控制系统的基本概念
介绍自动控制系统的组成、工作原理、性能指标 等。
线性控制系统分析
讲解线性控制系统的时域分析、频域分析方法。
3
控制系统设计
介绍控制系统设计的基本原则、方法，以及优化 控制策略。
现代控制工程
工作。
职业规划与发展建议
明确职业目标
根据自己的兴趣和特长，选择适合自己的职业方 向，并制定相应的职业目标。
积累实践经验
积极参加实践活动和项目经验，积累实践经验和 项目经验，为未来的职业发展打下基础。
ABCD
提升技能水平
不断学习和掌握新技术、新方法，提高自己的技 能水平和综合素质。
加强团队协作
在工作中注重团队协作和沟通，与同事保持良好 的合作关系，共同推动项目的进展和成果。
随着人们对智能家居的需求增加，家 居自动化市场将逐渐扩大，相关的自 动化专业人才需求也将增加。
技术挑战与创新方向
人工智能技术
人工智能技术将在自动化领域发挥越来越重要的作用，如何将人工智能技术与自动化专业 相结合，将是未来的一个重要研究方向。
通信原理第7版第6章PPT课件(樊昌信版)
系统的传递函数
描述线性时不变系统的数 学模型，表示输入和输出 之间的关系。
03
CATALOGUE
模拟调制系统
调制的定义与分类
调制的定义
调制是一种将低频信号加载到高 频载波上的技术，以便通过信道 传输。
调制的分类
调制可以分为模拟调制和数字调 制两大类。模拟调制是指用连续 变化的模拟信号去调制载波的幅 度、频率或相位。
章节概述
本章将介绍数字调制的基本原理和技术，包括振幅调制、频 率调制和相位调制等。
通过学习本章，学生将能够了解数字调制的基本概念、原理 和技术，掌握数字调制系统的性能分析和设计方法，为进一 步学习通信系统的其他相关内容打下基础。
02
CATALOGUE
信号与系统
信号的分类与特性
01
02
ห้องสมุดไป่ตู้
03
周期信号
线性调制系统（AM、FM）
AM（调幅）调制
AM调制是通过改变载波的幅度来传 递信息的一种调制方式。在AM调制 中，低频信息信号叠加在载波上，并 通过信道传输。
FM（调频）调制
FM调制是通过改变载波的频率来传递 信息的一种调制方式。在FM调制中， 低频信息信号用来控制载波的频率变 化，从而实现信息的传输。
有效性
衡量通信系统传输有效信息的 能力，通常用传输速率或频谱
效率来表示。
可靠性
衡量通信系统传输信息的可靠 程度，通常用误码率（BER） 或信噪比（SNR）来表示。
实时性
衡量通信系统传输实时信号的 能力，通常用延迟时间来表示
。
安全性
衡量通信系统保护信息传输安 全的能力，通常用加密和认证
技术来表示。
误码率（BER）计算
计算机控制技术PID调节器的数字化实现教学PPT
y
1 Ti
e(t)dt
(5-2)
式中：Ti是积分时间常数，它表示积分速度的大小， Ti越大，
积分速度越慢，积分作用越弱。 积分作用的响应特性曲线如 图5-2所示。
PID调节器的数字化实现
积分作用的特点是调节器的输出与偏差存在的时间有关， 只要有偏差存在，输出就会随时间不断增长，直到偏差消除， 调节器的输出才不会变化。因此，积分作用能消除静差，但 从图5-2中可以看出，积分的作用动作缓慢， 而且在偏差刚 一出现时，调节器作用很弱，不能及时克服扰动的影响， 致 使被调参数的动态偏差增大，调节过程增长， 它很少被单独 使用。
PID调节器的数字化实现
模拟控制器的离散化方法
从信号理论角度来看，模拟控制器 就是模拟信号滤波器应用于反馈控制系 统中作为校正装置。滤波器对控制信号 中有用的信号起着保存和加强的作用， 而对无用的信号起着抑制和衰减的作用。 模拟控制器离散化成的数字控制器，也 可以认为是数字滤波器。
PID调节器的数字化实现
微分调节器的微分方程为
de(t) y TD dt
式中TD为微分时间常数。
（5-4）
PID调节器的数字化实现
微分作用响应曲线如图5-4所示。从图中可以看出，在t=t0 时加入阶跃信号，此时输出值y变化的速度很大：当t>t0时，其 输出值y迅速变为0。微分作用的特点是，输出只能反应偏差输 入变化的速度，而对于一个固定不变的偏差， 不管其数值多 大，根本不会有微分作用输出。因此，微分作用不能消除静差， 而只能在偏差刚刚出现时产生一个很大的调节作用。 它一般 不单独使用，需要与比例调节器配合使用，构成PD调节器。 PD调节器的阶跃响应曲线如图5-5所示。
PID调节器的数字化实现
2024版《电力电子技术》PPT课件
电力电子技术的定义与发展01020304定义晶闸管时代可控硅时代现代电力电子时代用于高压直流输电、无功补偿、有源滤波等，提高电力系统的稳定性和效率。
用于电动汽车、电动自行车、电梯等电机驱动系统，实现高效、节能的电机控制。
用于太阳能、风能等新能源发电系统，实现能源的高效利用和转换。
用于自动化生产线、机器人等工业设备，实现设备的精确控制和高效运行。
电力系统电机驱动新能源工业自动化数字化与智能化随着计算机技术和人工智能的发展，电力电子技术将实现数字化和智能化，提高系统的自适应能力和智能化水平。
高频化与高效化随着半导体材料和器件的发展，电力电子技术将实现更高频率和更高效率的电能转换。
绿色化与环保化随着环保意识的提高，电力电子技术将更加注重绿色、环保的设计理念，降低能耗和减少对环境的影响。
工作原理特点应用整流电路、续流电路等工作原理通过门极触发导通，无法自行关断特点耐压高、电流大、开关速度快应用直流电机调速、交流调压等工作原理特点应用工作原理特点应用逆变器、斩波器、电机驱动等工作原理特点应用工作原理开关速度快、耐压高、电流大、热稳定性好应用逆变器、斩波器、电机驱动等高端应用领域特点VS整流电路的作用整流电路的分类整流电路的工作原理整流电路的应用整流电路逆变电路逆变电路的作用逆变电路的分类逆变电路的工作原理逆变电路的应用直流-直流变流电路直流-直流变流电路的作用直流-直流变流电路的分类直流-直流变流电路的工作原理直流-直流变流电路的应用交流-交流变流电路交流-交流变流电路的作用交流-交流变流电路的工作原理A B C D交流-交流变流电路的分类交流-交流变流电路的应用电机驱动照明控制加热与焊接030201一般工业应用交通运输应用电动汽车驱动轨道交通牵引航空电源电力系统应用高压直流输电柔性交流输电通过电力电子技术可实现高压直流输电，减少输电损耗和占地面积。
智能电网风能发电通过电力电子技术可实现风能发电系统的变速恒频控制和并网运行。
计算机控制系统课件第一章(10下)
1.1.1 计算机控制系统的基本组成
—计算机控制技术—
常规控制系统和计算机控制系统的比 前者连续不断地测量， 较：前者连续不断地测量，经过反馈及 补偿后对生产过程产生连续不断的控制。 补偿后对生产过程产生连续不断的控制。 后者是采样控制系统， 后者是采样控制系统，微机每隔一个采 样周期T才对被控参数进行一次测量， 样周期T才对被控参数进行一次测量，根 据一定控制规律计算出控制量后， 据一定控制规律计算出控制量后，去控 制生产过程。在两次采样时刻之间， 制生产过程。在两次采样时刻之间，微 机对被控制参数不测量， 机对被控制参数不测量，其输出控制量 自然也保持不变。 自然也保持不变。
1.1.1 计算机控制系统的基本组成
—计算机控制技术—
上述过程不断重复， 上述过程不断重复，使系统能够按 一定的动态品质指标进行工作， 一定的动态品质指标进行工作，并对被 控参数和设备是否出现异常情况进行监 以便作出迅速处理。 督，以便作出迅速处理。 所谓“实时”是指信号的输入、 所谓“实时”是指信号的输入、运 算处理和输出能在一定的时间内完成。 算处理和输出能在一定的时间内完成。 即要求微机对输入信号要以足够快的速 度进行测量和处理， 度进行测量和处理，并在一定的时间内 作出反应或产生相应的控制。 作出反应或产生相应的控制。超出了这 个时间就会失去控制时机。 个时间就会失去控制时机。
第一章 绪论 本章的主要内容： 本章的主要内容： 1.1 计算机控制系统概述 1.2 计算机控制系统的分类 1.3 计算机控制系统的发展方向 1.4 计算机控制理论
—计算机控制技术—
1.1 计算机控制系统概述 本节的主要内容： 本节的主要内容： 1.1.1 计算机控制系统的基本组成
—计算机控制技术—
它与闭环控制系统不同， 它的控制器直 它与闭环控制系统不同 ， 接根据给定信号去控制被控对象工作。 接根据给定信号去控制被控对象工作 。 被控制量在整个控制过程中对控制量不 产生影响。 与闭环控制系统相比， 产生影响 。 与闭环控制系统相比 ， 它的 控制性能较差。 控制性能较差。
自动控制原理课件可编辑全文
恒值控制系统也认为是过程控制系统的特 例。
• 3、随动控制系统（或称伺服系统）
这类系统的特点是输入信号是一个未知 函数，要求输出量跟随给定量变化。如火炮自 动跟踪系统。
工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫 星的雷达天线控制系统等均属于随动控制系统。
1．2．3 按系统传输信号的性质来分
• 1、连续系统 系统各部分的信号都是模拟的连续函数。目前工业中
功率 放大器
电动机
转速自动控制系统。
电源变化、负载变化等引起转速变化， 称为扰动。电动机被称为被控对象， 转速称为被控量，当电动机受到扰动 后，转速（被控量）发生变化，经测 量元件（测速发电机）将转速信号 （又称为反馈信号）反馈到控制器 （功率放大器），使控制器的输出 （称为控制量）发生相应的变化，从 而可以自动地保持转速不变或使偏差 保持在允许的范围内。
直流电动机速度自动控制的原理结构
图如图1-1所示。图中，电位器电压为输
＋U
入信号。测速发电机是电动机转速的测量
元件。图1-1中，代表电动机转速变化的
测速发电机电压送到输入端与电位器电压
进行比较，两者的差值（又称偏差信号） 控制功率放大器（控制器），控制器的输 出控制电动机的转速，这就形成了电动机
电＋ 位 器
一个系统性能将用特定的品质指标来衡量其优劣, 如系统的稳定特性、动态响应和稳态特性。
1.3 对控制系统的基本要求
当自动控制系统受到干扰或者人为要求给定值改变， 被控量就会发生变化，偏离给定值。通过系统的自动 控制作用，经过一定的过渡过程，被控量又恢复到原 来的稳定值或者稳定到一个新的给定值。被控量在变 化过程中的过渡过程称为动态过程（即随时间而变的 过程），被控量处于平衡状态称为静态或稳态。
• 3、随动控制系统（或称伺服系统）
这类系统的特点是输入信号是一个未知 函数，要求输出量跟随给定量变化。如火炮自 动跟踪系统。
工业自动化仪表中的显示记录仪，跟踪卫 星的雷达天线控制系统等均属于随动控制系统。
1．2．3 按系统传输信号的性质来分
• 1、连续系统 系统各部分的信号都是模拟的连续函数。目前工业中
功率 放大器
电动机
转速自动控制系统。
电源变化、负载变化等引起转速变化， 称为扰动。电动机被称为被控对象， 转速称为被控量，当电动机受到扰动 后，转速（被控量）发生变化，经测 量元件（测速发电机）将转速信号 （又称为反馈信号）反馈到控制器 （功率放大器），使控制器的输出 （称为控制量）发生相应的变化，从 而可以自动地保持转速不变或使偏差 保持在允许的范围内。
直流电动机速度自动控制的原理结构
图如图1-1所示。图中，电位器电压为输
＋U
入信号。测速发电机是电动机转速的测量
元件。图1-1中，代表电动机转速变化的
测速发电机电压送到输入端与电位器电压
进行比较，两者的差值（又称偏差信号） 控制功率放大器（控制器），控制器的输 出控制电动机的转速，这就形成了电动机
电＋ 位 器
一个系统性能将用特定的品质指标来衡量其优劣, 如系统的稳定特性、动态响应和稳态特性。
1.3 对控制系统的基本要求
当自动控制系统受到干扰或者人为要求给定值改变， 被控量就会发生变化，偏离给定值。通过系统的自动 控制作用，经过一定的过渡过程，被控量又恢复到原 来的稳定值或者稳定到一个新的给定值。被控量在变 化过程中的过渡过程称为动态过程（即随时间而变的 过程），被控量处于平衡状态称为静态或稳态。
数字电子技术实验ppt课件
数字电子技术实验PPT课件
• 实验概述 • 基本理论 • 实验操作 • 实验结果与分析 • 结论与建议
01
实验概述
实验目的
掌握数字电子技术的 基本原理和实验方法。
加深学生对数字电子 技术在现代电子系统 中的应用理解。
培养学生对数字电路 的分析、设计、调试 和故障排除能力。
实验设备与材料
01
数字示波器
寄存器与移位器实验
总结词：理解寄存器与移位器
的工作原理和功能
01
详细描述
02
介绍寄存器和移位器的基本概
念，包括寄存器的读写操作、
移位器的位移操作等。
03
演示寄存器和移位器的电路图
、符号和功能表。
04
实验操作演示，包括寄存器和 移位器的输入和输出测量。
05
分析实验结果，总结寄存器和 移位器的工作原理和应用。
实验操作演示，包括逻辑门电路的输入和 输出测量。
05
06
分析实验结果，总结逻辑门电路的功能和 应用。
触发器实验
总结词：理解触发器的工 作原理和功能
介绍触发器的基本概念， 包括RS触发器、D触发器
等。
实验操作演示，包括触发 器的输入和输出测量。
详细描述
演示触发器的电路图、符 号和状态转换图。
分析实验结果，总结触发 器的工作原理和应用。
数据和参与运算等功能。
寄存器的分类
寄存器可以分为基本寄存器和移位 寄存器两大类。
移位器的应用
移位器主要用于实现数据的位移操 作，如左移、右移和循环移位等。
03
实验操作
逻辑门电路实验
总结词：理解逻辑门电路的基本原理和功能
01
02
详细描述
• 实验概述 • 基本理论 • 实验操作 • 实验结果与分析 • 结论与建议
01
实验概述
实验目的
掌握数字电子技术的 基本原理和实验方法。
加深学生对数字电子 技术在现代电子系统 中的应用理解。
培养学生对数字电路 的分析、设计、调试 和故障排除能力。
实验设备与材料
01
数字示波器
寄存器与移位器实验
总结词：理解寄存器与移位器
的工作原理和功能
01
详细描述
02
介绍寄存器和移位器的基本概
念，包括寄存器的读写操作、
移位器的位移操作等。
03
演示寄存器和移位器的电路图
、符号和功能表。
04
实验操作演示，包括寄存器和 移位器的输入和输出测量。
05
分析实验结果，总结寄存器和 移位器的工作原理和应用。
实验操作演示，包括逻辑门电路的输入和 输出测量。
05
06
分析实验结果，总结逻辑门电路的功能和 应用。
触发器实验
总结词：理解触发器的工 作原理和功能
介绍触发器的基本概念， 包括RS触发器、D触发器
等。
实验操作演示，包括触发 器的输入和输出测量。
详细描述
演示触发器的电路图、符 号和状态转换图。
分析实验结果，总结触发 器的工作原理和应用。
数据和参与运算等功能。
寄存器的分类
寄存器可以分为基本寄存器和移位 寄存器两大类。
移位器的应用
移位器主要用于实现数据的位移操 作，如左移、右移和循环移位等。
03
实验操作
逻辑门电路实验
总结词：理解逻辑门电路的基本原理和功能
01
02
详细描述
电子信息工程专业介绍(13级)PPT课件
03 师资力量与教学资源
教师队伍结构特点
高学历、高职称教师占比高
01
教师队伍中博士、硕士研究生学历及高级职称教师占比较高，
提供强大的学术支持。
年龄结构合理
02
老中青教师比例适当，既有经验丰富的老教师，也有年富力强
的中青年骨干教师。
学缘结构广泛
03
教师来自不同高校和科研单位，学术背景多元，有利于学术交
培养目标与毕业要求
培养目标
培养具备电子技术和信息系统的基础知识，能从事各类电子 设备和信息系统的研究、设计、制造、应用和开发的高等工 程技术人才。
毕业要求
掌握电子电路的基本理论和实验技术，具备分析和设计电子 设备的基本能力；熟悉信息获取、处理的基本理论和应用的 一般方法，具有设计、集成、应用及计算机模拟信息系统的 基本能力。
就业政策解读
详细解读国家和地方就业政策，让学生了解 就业形势和权益保障。
求职技巧培训
开展简历制作、面试技巧、职场礼仪等培训， 提高学生求职成功率。
招聘信息发布
及时发布各类招聘信息，为学生提供丰富的 就业选择。
实习就业信息发布渠道
学校就业信息网
学校官方就业信息网，发布各类实习、 全职招聘信息。
企业官网及招聘平台
实践教学环节安排
实验课程
包括电路实验、模拟电子技术实验、数 字电子技术实验等，培养学生实验技能
和动手能力。
生产实习
安排学生到企业实习，了解企业生产 流程和技术要求，培养学生工程实践
能力。
课程设计
针对专业课程进行的综合性设计项目， 培养学生系统设计和创新能力。
毕业设计
对学生进行全面的毕业设计训练，培 养学生综合运用所学知识解决实际问 题的能力。
《计算机控制技术》PPT课件：课程分析
《计算机控制技 术》，国家级“十 一五”规划教材， 机械工业出版社， 2007.6。该教材曾 荣获山东省高校优 秀教材一等奖。
二、课程内容与重点、难点
二、课程内容与重点、难点
本课程所用辅助参考教材包括： 1) 孙增圻．计算机控制理论及应用．北京：清华大学出版社，
1989 2) 谢剑英. 微型计算机控制技术. 北京：国防工业出版社，
二、课程内容与重点、难点
（二）理论课程的重点、难点及解决办法
2. 解决办法 1）抓住计算机控制系统的核心内容进行深入讲授，讲授过程强调深入 浅出和理论联系实际，注重基本概念和基本分析方法。 2）针对不同内容，合理利用多种媒体的优势，如实物展示、软件仿真、 现场实验等手段，加深学生的感性认识，帮助学生更深入地理解工程控制 系统的分析、控制与实现，提高课堂教学质量。 3）理论课讲授紧密联系工程实际，如适时介绍工程案例，结合教师科 研介绍最新成果，介绍主流技术等。这些教学法的使用使得学生对课程的 理解更加深刻、全面。 4）合理分配理论课和实验课的学时，精心选择典型例题，及时巩固理 论课所学知识点，进一步加深对基本概念、控制算法与设计原理的理解。
后续任务：课程设计、综合自动化技术。
一、课程性质、定位与教学目标
教学目标
知识目标： 了解计算机控制系统及其组成，计算机控制系统的典型型
式、发展概况和趋势；掌握计算机控制系统的硬件设计技术； 掌握数字程序控制的基本原理和程序编制；掌握常规及复杂 控制策略、应用程序设计与实现技术；了解现代控制技术和 先进控制技术；学会计算机控制系统的软件设计技术与研制 方法；了解分布式测控网络技术；了解计算机控制系统设计 与实现。
2.基本任务：通过本课程的学习，使学生掌握基本的计 算机控制系统分析方法、软硬件的设计、工程实现技术。通 过本课程的学习，使学生掌握计算机控制系统的理论与技术， 受到较好的工程实践基本训练，具有分析、设计、开发和研 究计算机控制系统的基本能力。
二、课程内容与重点、难点
二、课程内容与重点、难点
本课程所用辅助参考教材包括： 1) 孙增圻．计算机控制理论及应用．北京：清华大学出版社，
1989 2) 谢剑英. 微型计算机控制技术. 北京：国防工业出版社，
二、课程内容与重点、难点
（二）理论课程的重点、难点及解决办法
2. 解决办法 1）抓住计算机控制系统的核心内容进行深入讲授，讲授过程强调深入 浅出和理论联系实际，注重基本概念和基本分析方法。 2）针对不同内容，合理利用多种媒体的优势，如实物展示、软件仿真、 现场实验等手段，加深学生的感性认识，帮助学生更深入地理解工程控制 系统的分析、控制与实现，提高课堂教学质量。 3）理论课讲授紧密联系工程实际，如适时介绍工程案例，结合教师科 研介绍最新成果，介绍主流技术等。这些教学法的使用使得学生对课程的 理解更加深刻、全面。 4）合理分配理论课和实验课的学时，精心选择典型例题，及时巩固理 论课所学知识点，进一步加深对基本概念、控制算法与设计原理的理解。
后续任务：课程设计、综合自动化技术。
一、课程性质、定位与教学目标
教学目标
知识目标： 了解计算机控制系统及其组成，计算机控制系统的典型型
式、发展概况和趋势；掌握计算机控制系统的硬件设计技术； 掌握数字程序控制的基本原理和程序编制；掌握常规及复杂 控制策略、应用程序设计与实现技术；了解现代控制技术和 先进控制技术；学会计算机控制系统的软件设计技术与研制 方法；了解分布式测控网络技术；了解计算机控制系统设计 与实现。
2.基本任务：通过本课程的学习，使学生掌握基本的计 算机控制系统分析方法、软硬件的设计、工程实现技术。通 过本课程的学习，使学生掌握计算机控制系统的理论与技术， 受到较好的工程实践基本训练，具有分析、设计、开发和研 究计算机控制系统的基本能力。
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数字控制系统是时变非线性环节，因此，要对它 进行严格的分析是十分困难的。
思路：将数字控制系统进行近似等效；利用已 知理论分析；然后考虑其特殊性。
1.3.1 控制系统的几种类型 （按信号形式分）
(1)连续控制系统
r(t) e(t)
u(t)
y(t)
D(s)
G(s)
—— 每个信号均为连续模拟量
(2)采样控制系统
被控对象
用计算机实现控制器的作用 —— 计算机控制系统 系统中含有数字信号 —— 数字控制系统
(2) 硬件组成
(3) 控制过程实质 输入－计算－输出
1.1.2 数字控制系统的特点
（与模拟控制系统相比）
（1）特点
▪ 模拟器件与数字器件混合（结构不同）
▪ 模拟信号与数字信号混合（信号形式不同） ▪ 离散控制、时间延迟（控制方式不同） ▪ 一个计算机同时控制多个对象（工作方式不同）
r(k)
G(z)
e(t) A
e(k)
D(z)
u(k) 保持器 u(t)
B
G(s)
y(k) y(t)
数字控制系统
r(t)
e(t) A/D e*(k)
u*(k)
D(z)
D/A
u(t)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
例3：一阶滤波器，输入为f=4.9Hz u(t) K y(t)
的周期信号。连续系统与计算机系统 （采样频率为10Hz）输出比较。
T1s 1
输出信号中出现了0.1Hz的差拍信号。 差异三： 采样频率不恰当会产生假频现象。
例4： A/D字长不同（量化效应不同） 差异四： 量化效应产生极限环振荡
1.3 数字控制系统理论
2．计算机控制系统－理论、设计与实现 3. 计算机控制系统－原理与设计 （第三版） （Computer-
Controlled Systems Theory and Design）电子工业出版社，2001
本课程目的
1.了解数字控制系统的基本概念和理论； 2.掌握数字控制系统的建模、分析及设计 方法； 3.对数字控制器实现时的某些问题进行深 入的讨论。
放大器与 电动机
阀门
y(t)
炉子
采样控制系统
采样控制系统
(3) 数字控制系统
r(t) e(t)
e*(k)
u*(k)
u(t)
y(t)
A/D
D(z)
D/A
G(s)
混合信号: 连续模拟量: r(t),e(t),u(t),y(t) 数字信号: e*(k),u*(k)
1.3.2 几种控制系统之间的联系
采样控制系统 r(t)
第1章 概 述（1-2学时）
▪ 什么是数字控制系统？ （组成、结构、性能、分类）
▪ 为何研究数字控制系统？ （与连续系统的差异）
▪ 如何研究数字控制系统？ （数字控制系统理论）
1.1 数字控制系统(计算机控制系统）
例: 雷达天线位置伺服控制系统
模拟控制缺点： ➢不便于修改参数； ➢难以实现复杂控制；
数字控制器
位置给定 A/D
校正 计算机
校正 D/A 放大 电机及齿轮 雷达
A/D
转速测量
A/D
位置测量
1.1.1 计算机控制系统的组成
(1) 原理框图
给定
A/D
计算机
D/A
H(s)
测量装置
被控对象（包括执行机构）； 测量装置； 数字控制器（计算机）； 输入/输出通道(A/D，D/A)
G(s) 输出
(3)计算机监督控制系统
(SCC－Supervisory Computer Control)
(4)分布式计算机控制系统
(DCCS－Distributed Computer Control system)
1.2 数字控制系统的新问题
（计算机控制系统与连续系统的差异）
例1： 滤波器
u(t)
1 y(t)
1.2
u(z) 1.582 z 0.368
E(z)
z 0.418
0.8 0.4
0
兰线 — 模拟控制 红线 — 计算机控制
1
2
3
4
差异二：数字控制系统性能的好坏取决于控制策略。 ▪ 若采用模拟调节规律，采样周期越小，控制性能越 接近模拟系统。 ▪ 若直接设计数字控制器，可以获得连续控制器无法 获得的优异的控制效果。
数字控制系统理论与设计
Instructor: Prof. E-mail: 课件下载： 密码：control_system
参1. 考动书态: 系T统el的: 数字87控54制36（5D8i－gi8t0al4(COo)ntrol of Dynamic
System）第3版 Gene F.Franklin2001
（2）优点 ▪ 能实现复杂的控制规律，适应性强、灵活性高； ▪ 便于集中监控； ▪ 形小体轻，性能价格比高；
（3）缺点 ▪ 抗干扰能力低； ▪ 设计、实现复杂；
1.1.3 计算机控制系统的分类 （按功能分）
(1)数据采集系统 (2)直接数字控制系统 (DDC－Direct Digital Control)
计算机仿真:
u(z) 70 z 1 2T E(z) z 110T
仿真结果（兰线 —模拟控制；红线 — 计算机控制）
1.5
1.6
系统 1.0
1.2
0.8
输出 0.5
0.4
00
1
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5
80
60
计算机 60
40
40
输出
20
20
0
0
-20
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5
T=0.025s
T=0.05s
——采样周期越小，数字控制越接近模拟控制效果
采样周期增大为T=0.5s 仿真
（蓝线 — 模拟控制；红线 — 计算机控制）
2 1.6 1.2 0.8 0.4
0
0.5
1
1.5
2
2.5
—— 采样周期过大，系统不稳定
(3)用计算机实现最小拍控制（数字控制器）
仿真程序S3
T 1s
r(t) e(t) e(k)
u(k)
u(t)
y(t)
D(z)
保持器
G(s)
混合信号： 连续模拟量：r(t),e(t),u(t),y(t) 离散模拟量：e(k),u(k)
例：炉温控制系统
r(t)
e(t)
放大器与 电动机
u(t)
阀门
y(t)
炉子
连续控制系统 炉子时间常数大，产生大的超调
r(t) e(t)
s 1
输入与采样时刻相同
输入与采样时刻不相同
实线 — 模拟控制 圆点 — 计算机控制
差异一： 数字控制系统为时变系统
例2：连续控制系统 G(s) 1 s(s 1)
超前校正 D(s) 70 s 2
s 10
（1）连续控制系统阶跃响应
（2）用计算机实现模拟调节规律（前向差分） u(k 1) (110T )u(k) 70(2T 1)e(k) 70e(k 1)
思路：将数字控制系统进行近似等效；利用已 知理论分析；然后考虑其特殊性。
1.3.1 控制系统的几种类型 （按信号形式分）
(1)连续控制系统
r(t) e(t)
u(t)
y(t)
D(s)
G(s)
—— 每个信号均为连续模拟量
(2)采样控制系统
被控对象
用计算机实现控制器的作用 —— 计算机控制系统 系统中含有数字信号 —— 数字控制系统
(2) 硬件组成
(3) 控制过程实质 输入－计算－输出
1.1.2 数字控制系统的特点
（与模拟控制系统相比）
（1）特点
▪ 模拟器件与数字器件混合（结构不同）
▪ 模拟信号与数字信号混合（信号形式不同） ▪ 离散控制、时间延迟（控制方式不同） ▪ 一个计算机同时控制多个对象（工作方式不同）
r(k)
G(z)
e(t) A
e(k)
D(z)
u(k) 保持器 u(t)
B
G(s)
y(k) y(t)
数字控制系统
r(t)
e(t) A/D e*(k)
u*(k)
D(z)
D/A
u(t)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
例3：一阶滤波器，输入为f=4.9Hz u(t) K y(t)
的周期信号。连续系统与计算机系统 （采样频率为10Hz）输出比较。
T1s 1
输出信号中出现了0.1Hz的差拍信号。 差异三： 采样频率不恰当会产生假频现象。
例4： A/D字长不同（量化效应不同） 差异四： 量化效应产生极限环振荡
1.3 数字控制系统理论
2．计算机控制系统－理论、设计与实现 3. 计算机控制系统－原理与设计 （第三版） （Computer-
Controlled Systems Theory and Design）电子工业出版社，2001
本课程目的
1.了解数字控制系统的基本概念和理论； 2.掌握数字控制系统的建模、分析及设计 方法； 3.对数字控制器实现时的某些问题进行深 入的讨论。
放大器与 电动机
阀门
y(t)
炉子
采样控制系统
采样控制系统
(3) 数字控制系统
r(t) e(t)
e*(k)
u*(k)
u(t)
y(t)
A/D
D(z)
D/A
G(s)
混合信号: 连续模拟量: r(t),e(t),u(t),y(t) 数字信号: e*(k),u*(k)
1.3.2 几种控制系统之间的联系
采样控制系统 r(t)
第1章 概 述（1-2学时）
▪ 什么是数字控制系统？ （组成、结构、性能、分类）
▪ 为何研究数字控制系统？ （与连续系统的差异）
▪ 如何研究数字控制系统？ （数字控制系统理论）
1.1 数字控制系统(计算机控制系统）
例: 雷达天线位置伺服控制系统
模拟控制缺点： ➢不便于修改参数； ➢难以实现复杂控制；
数字控制器
位置给定 A/D
校正 计算机
校正 D/A 放大 电机及齿轮 雷达
A/D
转速测量
A/D
位置测量
1.1.1 计算机控制系统的组成
(1) 原理框图
给定
A/D
计算机
D/A
H(s)
测量装置
被控对象（包括执行机构）； 测量装置； 数字控制器（计算机）； 输入/输出通道(A/D，D/A)
G(s) 输出
(3)计算机监督控制系统
(SCC－Supervisory Computer Control)
(4)分布式计算机控制系统
(DCCS－Distributed Computer Control system)
1.2 数字控制系统的新问题
（计算机控制系统与连续系统的差异）
例1： 滤波器
u(t)
1 y(t)
1.2
u(z) 1.582 z 0.368
E(z)
z 0.418
0.8 0.4
0
兰线 — 模拟控制 红线 — 计算机控制
1
2
3
4
差异二：数字控制系统性能的好坏取决于控制策略。 ▪ 若采用模拟调节规律，采样周期越小，控制性能越 接近模拟系统。 ▪ 若直接设计数字控制器，可以获得连续控制器无法 获得的优异的控制效果。
数字控制系统理论与设计
Instructor: Prof. E-mail: 课件下载： 密码：control_system
参1. 考动书态: 系T统el的: 数字87控54制36（5D8i－gi8t0al4(COo)ntrol of Dynamic
System）第3版 Gene F.Franklin2001
（2）优点 ▪ 能实现复杂的控制规律，适应性强、灵活性高； ▪ 便于集中监控； ▪ 形小体轻，性能价格比高；
（3）缺点 ▪ 抗干扰能力低； ▪ 设计、实现复杂；
1.1.3 计算机控制系统的分类 （按功能分）
(1)数据采集系统 (2)直接数字控制系统 (DDC－Direct Digital Control)
计算机仿真:
u(z) 70 z 1 2T E(z) z 110T
仿真结果（兰线 —模拟控制；红线 — 计算机控制）
1.5
1.6
系统 1.0
1.2
0.8
输出 0.5
0.4
00
1
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5
80
60
计算机 60
40
40
输出
20
20
0
0
-20
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5
T=0.025s
T=0.05s
——采样周期越小，数字控制越接近模拟控制效果
采样周期增大为T=0.5s 仿真
（蓝线 — 模拟控制；红线 — 计算机控制）
2 1.6 1.2 0.8 0.4
0
0.5
1
1.5
2
2.5
—— 采样周期过大，系统不稳定
(3)用计算机实现最小拍控制（数字控制器）
仿真程序S3
T 1s
r(t) e(t) e(k)
u(k)
u(t)
y(t)
D(z)
保持器
G(s)
混合信号： 连续模拟量：r(t),e(t),u(t),y(t) 离散模拟量：e(k),u(k)
例：炉温控制系统
r(t)
e(t)
放大器与 电动机
u(t)
阀门
y(t)
炉子
连续控制系统 炉子时间常数大，产生大的超调
r(t) e(t)
s 1
输入与采样时刻相同
输入与采样时刻不相同
实线 — 模拟控制 圆点 — 计算机控制
差异一： 数字控制系统为时变系统
例2：连续控制系统 G(s) 1 s(s 1)
超前校正 D(s) 70 s 2
s 10
（1）连续控制系统阶跃响应
（2）用计算机实现模拟调节规律（前向差分） u(k 1) (110T )u(k) 70(2T 1)e(k) 70e(k 1)