自控实验采样控制系统分析
自控08 采样系统分析
则
1 e * ( t ) e( kT )e jkws t T k
1 E * ( s ) E ( s jk s ) T k
17
上式描述了采样过程的复频域特征。
如果连续信号e(t)的频谱E(j)是单一的连续频谱，则离散信 号e*(t)的频谱除包含原连续信号主频谱外（幅值为1/T），还 包含无穷多个高频频谱。
τ
对e*(t)取拉氏变换，得
*
0
T
E (s) L e (t ) L e(kT ) (t kT ) e(kT )ekTs k 0 k 0
*
2T 连续信号与采样信号
上式可以将E*(s)与离散时域信号e(kT)联系起来，可以直接看出e*(t)的 时间响应。但是e*(t)仅描述了e(t)在采样时刻的值，所以E*(s)不可能 给出e(t)在两个采样时刻之间的任何信息。
10
3、单位脉冲序列函数 函数的序列。
T (t )
k
下式为 (t ) (t T ) (t kT )
…… -2T -T 0 T 2T ……
单位脉冲序列函数 4、断续信号(采样信号） 将连续的信号经采样后得到断续信号， 利用单位脉冲序列函数可以描述断续信号为：
– 结构简单、控制灵活 – 检测器精度可以做得很高，则控制精度高 – 抗干扰性好：除非扰动和离散信号同时出现才 会受到干扰 – 便于远距离传递。
9
6.2.2 采样信号的数学描述
1、几点假定（理想化） 采样开关应能立即开或闭； 通过采样开关的输出不发生畸变； 采样时间(即采样装置闭合的时间) τ 远小于采样周期T，分 析时可以近似认为趋近于零； 开关闭合时，其输出为常数； 等采样周期，即采样周期T 为常数。 2、单位脉冲函数 (t ) 为单位脉冲函数，脉冲的宽度为无限小、 幅度为无限大，而面积为1。 1 1 1 t 0 0 t (t ) (t ) 0 t 0或t t 0 t 0 0
自动控制原理实验 采样系统分析
自动控制原理实验报告实验名称：采样系统分析班级：自动化级班姓名：一、实验目的1．了解采样开关，零阶保持器的原理及过程；2．学会环采样系统特性分析；3．掌握学习用MA TLAB仿真软件实现采样系统分析方法。
二、实验设备及仪器1．模拟实验箱； 2．低频信号发生器； 3．虚拟仪器(低频示波器)； 4．计算机；5．MA TLABL 仿真软件。
三、实验内容一、对低频正弦信号进行采样（采样频率应为原信号的两倍以上），观察其输出波形，再加入零阶保持器，观察其输出波形。
仿真电路图如下：其中输入的连续波形图的信号为: c ω=2π×10=10π≈31.4 rad/sT S =0.03s ，即S ω=2π×3100≈209.4 rad/s> 2c ω 输出波形图如下：可见此时输入波形图并没有得到完全复现。
T S =0.3s ，即S ω=2π×310≈20.94 rad/s<2c ω 输入输出波形图如下：可见此时输出波形图完全与输入的不一样。
显然是由于不满足香农定理m ax 2ωω≥S ，由下图可以看出零阶保持器可以将每次瞬间的值保持到下一次采样瞬间。
实验波形如下：加入采样开关后的波形：二、设计一个二阶闭环连续系统，分别观察加入采样开关前后的阶跃响应，进行分析。
仿真电路图如下：令K=20，T=0.03时，输出波形如下：有采样器时输出的曲线已经不稳定了。
T=0.3时，输出波形如下：有采样器时输出的曲线极不稳定。
实验波形如下：加入采样开关后的波形：三、改变采样开关在系统内的位置，（输入端，输出端），重复上述内容。
仿真电路图如下：K=2 T=0.03输出波形如下：四、在二阶闭环采样系统输出端加入零阶保持器，重复上述内容仿真电路图如下：K=2 ；T=0.03.输出波形如下：实验波形图如下：五、实验总结一、采样定理即香农采样定理，其证明要使被采样后的离散信号X*(t)能不失真地恢复原有的连续信号X(t)，其充分条件为：m ax 2ωω≥S 式中S ω为采样的角频率，max ω为连续信号的最高角频率。
自动控制原理课件：采样控制系统的分析
例8-2：试求函数 f(t)=1(t) 的z变换。
解:
f (kT) =1(kT) =1
(k=0,1,2,3….)
F ( z ) f (kT ) z k 1 1 z 1 1 z 2
k 0
1 z k
通过外，一些高频分量也允许通过。
9
8.3
采样控制系统的数学基础
例8-1：求如下系统采样后输入到采样后输出的传递函数
解：取∗ = ，则 ∗ = ，连续对象的输出为
= − ⇒ ∗ = () + − − + − − + ⋯
⇒
(Discrete-time signal)
离散信号通常是按照一定的时间间隔对连续的模拟信号进行采样而
得到的，又称采样信号。
脉冲采样（理想情形）
1
0
t
T ( t )
理想采样器 对应脉冲序列 = σ∞
=−∞ ( − )
t
0
T
2T
8.2
采样过程和采样定理
按一定的时间间隔对连续信号采样，将其变换为在时间上离散的脉冲序列
线性采样系统稳定的充要条件是，闭环系统的全部特征根均位于
z平面的单位圆内，即满足特征根皆
i 1，i 1，
2，
，n
问题：高阶系统求取特征根不容易，如何不用求解特征方程的根
就能判别线性采样系统的稳定性呢？
问题：如何推广应用劳斯稳定判据？
首先要通过双线性变换
w 1
z
w 1Байду номын сангаас
将Z平面的单位圆映射到W平面的虚轴，然后在W平面中应用
(自动控制原理)采样控制系统
且有 deg M( s ) ≤ deg N( s )以及 deg N( s ) = n . 展开成部分分式和的形式， 将 X(s)展开成部分分式和的形式，即
n
Ai X(s)= ∑ i =1 s + si 式中： 的零点， 的极点， 式中： i 为 N(s)的零点，即 X(s) 的极点，且设为 s
①线性性质 若 Z[ x1(t )] = X 1( z ), Z[ x2(t )] = X 2( z ) , a1, a2为常数 则 Z[a1 x1(t )+ a2 x2(t )] = a1 X 1( z )+ a2 X 2( z ) ②平移定理 若 Z[ x(t )] = X( z )
Z[ x(t + kT )] = z k X( z )− z k − j x( j ) ∑ 则 j =0 Z[ x(t − kT )] = z − k X( z ) 若 k = 1时，有 Z[ x(t + T )] = z[ X( z )− x(0)] Z[ x(t − T )] = z −1 X( z )
若上述级数收敛，则称 E ( z ) 为采样信号的z变换。 为采样信号的z变换。 若上述级数收敛， 为了书写方便， 为了书写方便，通常写成 E ( z ) = Z [e(t )] ,但仍理 变换。 解为是对取 Z 变换。
（2）常用函数的 Z 变换和 Z 变换的性质 变换见表8 1）常用普通时间函数的 Z 变换见表8-1 表8-1 Z 变换表
* n=0
+∞
( n 式中 e nT ) = e t )t = nT ， (
采样控制系统的分析
东南大学自动化学院实验报告课程名称：自动控制原理实验名称：串联校正研究、采样控制系统的分析院（系）：电气工程学院专业：电气工程及其自动化姓名：学号：同组人员：实验时间：2011.12.16评定成绩：审阅教师：实验八采样控制系统的分析一、实验目的（1） 熟悉用LF398组成的采样控制系统；（2） 通过本实验进一步理解香农定理和零阶保持器ZOH 的原理及其实现方法；（3） 研究开环增益K 和采样周期T 的变化对系统动态性能的影响；二、实验仪器THBDC-1实验平台THBDC-1虚拟示波器三、实验原理（1） 采样定理即香农采样定理，其证明要使被采样后的离散信号X *(t)能不失真地恢复原有的连续信号X(t)，其充分条件为： max 2ωω≥S式中S ω为采样的角频率，max ω为连续信号的最高角频率。
由于TS πω2=，因而式可为 maxωπ≤T T 为采样周期。
（2）采样控制系统稳定的充要条件是其特征方程的根均位于Z 平面上以坐标原点为圆心的单位圆内，且这种系统的动、静态性能均只与采样周期T 有关。
根据上式可判别该采样控制系统否稳定，并可用迭代法求出该系统的阶跃输出响应。
四、实验内容（1）利用实验平台设计一个对象为二阶环节的模拟电路，并与采样电路组成一个数-模混合系统。
（2）分别改变系统的开环增益K 和采样周期T S ，研究它们对系统动态性能及稳态精度的影响。
五、实验结果及分析（1）零阶保持器模拟电路图如下：其中输入的连续波形图的信号为: c ω=2π×10=10π≈31.4 rad/s以下通过改变采样周期T ，来观察比较输出信号的变化。
① T S =0.003s ，即S ω=2π×31000≈2094.4 rad/s ，远远大于输入信号的。
输入输出波形图如下：可见此时输入波形图得到完全复现。
采样控制系统的分析报告
东南大学自动控制实验室实验报告课程名称：热工过程自动控制原理实验名称：采样控制系统的分析院（系）：能源与环境学院专业：热能动力姓名：范永学学号：03013409 实验室：实验组别：同组人员：实验时间：2015.12.15 评定成绩：审阅教师：实验八 采样控制系统的分析一、实验目的1. 熟悉并掌握Simulink 的使用；2. 通过本实验进一步理解香农定理和零阶保持器ZOH 的原理及其实现方法；3. 研究开环增益K 和采样周期T 的变化对系统动态性能的影响；二、实验原理1. 采样定理图2-1为信号的采样与恢复的方框图，图中X(t)是t 的连续信号，经采样开关采样后，变为离散信号)(*t x 。
图2-1 连续信号的采样与恢复香农采样定理证明要使被采样后的离散信号X *(t)能不失真地恢复原有的连续信号X(t)，其充分条件为：max 2ωω≥S式中S ω为采样的角频率，max ω为连续信号的最高角频率。
由于T S πω2=，因而式可为 m axωπ≤T T 为采样周期。
2. 采样控制系统性能的研究图2-2为二阶采样控制系统的方块图。
图2-2采样控制系统稳定的充要条件是其特征方程的根均位于Z 平面上以坐标原点为圆心的单位圆内，且这种系统的动、静态性能均只与采样周期T 有关。
由图2-2所示系统的开环脉冲传递函数为：]25.05.01[)1(25])2(2[)1(25])15.0()1(25[)(21212++--=+-=+-==---S S S Z Z S S Z Z S S e Z z G S T]5.015.0)1([)1(25221T e Z Z Z Z Z TZ Z Z ---+----= ))(1()]21()12[(5.122222T T T T e Z Z Te e Z e T --------++-= 闭环脉冲传递函数为： )]21(]12[5.12)1()]21(12[5.12)()(222222222T T T T T T T T Te e Z e T e Z e Z Te e Z e T z R z C ----------++-+++---++-=）（ 5.12)5.1125()5.115.1325()]21(12[5.12222222++-+-+--++-=-----T e Z e T Z Te e Z e T T T T T T ）（根据上式，根据朱利判据可判别该采样控制系统否稳定，并可用迭代法求出该系统的阶跃输出响应。
自动控制原理第七章采样系统
n>m
pi— 极点
Ai— 待定系数
第二节 采样控制系统的数学基础
例 求F(s)的z变换F(z)。
F (s)=
1 S(S+1)
解：
F (s)=
1 S(S+1)
=
1 S
–
1 S+1
F (z)=
z z–1
–
z z–e –T
=
z(1–e –T ) (z–1)(z–e–T
)
第二节 采样控制系统的数学基础
例 求F(s)的z变换F(z)。
+
=Σ k=0
8
f
(kT)∫0∞δ(t
–
kT
)e–stdt
+
=Σ f(kT)e –kTS k=0
第二节 采样控制系统的数学基础
二、求Z变换的方法
1．级数求和法
根据定义式展开
+
F (z)= Σ f (kT) k=0
= f (0)z0 + f (T)z-1 + f (2T)z-2 + f (3T)z-3 + ··· 利用级数求和法可求得常用函数
+(S+2)
S+3 (S+1)(S+2)
z z–eST S=-2
F (z)=
2z z–e –T
–
z–e
z
–2T
=
z2+z(e-T -2e-2T z2-(e-T +e-2T )z+e
)
-3T
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二节 采样控制系统的数学基础
三、Z变换的基本定理
例 z变求换Z[的t –基T 本] 定理为z变换的运算 提供了方便。
采样控制系统分析
自动控制实验采样控制系统分析一．实验目的1.了解判断采样控制系统稳定性的充要条件。
2.了解采样周期T对系统的稳定性的影响及临界值的计算。
3 观察和分析采样控制系统在不同采样周期T时的瞬态响应曲线。
三、实验内容及步骤1．闭环采样系统构成电路如图3-5-1所示。
了解采样周期T对系统的稳定性的影响及临界值的计算，观察和分析采样控制系统在不同采样周期T时的瞬态响应曲线。
2.改变采样控制系统的被控对象，计算和测量系统的临界稳定采样周期T，填入实验报告。
图3-5-1 闭环采样系统构成电路闭环采样系统实验构成电路如图3-5-1所示，其中被控对象的各环节参数：积分环节（A3单元）的积分时间常数Ti=R2*C2=0.2S，惯性环节（A5单元）的惯性时间常数T=R1*C1=0.5S，增益K=R1/R3=5。
实验步骤：注：‘S ST’不能用‘短路套’短接！（1）用函数发生器（B5）单元的方波输出作为系统振荡器的采样周期信号。
（D1）单元选择“方波”，（B5）“方波输出”孔输出方波。
调节“设定电位器1”控制相应的输出频率。
(2)用信号发生器（B1）的‘阶跃信号输出’和‘幅度控制电位器’构造输入信号R（t）：B1单元中电位器的左边K3开关拨下（GND），右边K4开关拨下（0/+5V阶跃）。
阶跃信号输出（B1-2的Y测孔）调整为2.5V（调节方法：调节电位器，用万用表测量Y测孔）。
（3）构造模拟电路：按图3-5-1安置短路套及测孔联线，表如下。
（a）安置短路套（b）测孔联线（4）运行、观察、记录：①运行LABACT程序，选择自动自动控制菜单下的采样系统分析实验项目，就会弹出虚拟示波器的界面，点击开始后将自动加载相应源文件，即可使用本实验机配套的虚拟示波器（B3）单元的CH1测孔测量波形。
②调节“设定电位器1”，D1单元显示方波频率，将采样周期T（B5方波输出）依次调整为15ms(66.6Hz) 、30ms(33.3Hz)和90ms(11.1Hz)，按下信号发生器（B1）阶跃信号按钮（0→+2.5V阶跃），使用虚拟示波器CH1观察A6单元输出点OUT（C）的波形。
自控原理II实验采样系统校正报告
采样系统校正一、实验目的1．掌握用连续系统设计方法对采样系统进行设计。
2．掌握采样系统中采样周期的选择方法。
二、实验内容采样控制系统如图10-1所示，选择合理的采样周期，设计串联校正装置的参数k 、a 和b ，使校正后系统满足的期望性能为：Mp ≤5%，tp ≤0.5秒。
图10-1 采样控制系统三、实验步骤1、 从期望的性能指标，求出2阶系统的期望极点。
*17.077.07j λ=-+*27.077.07j λ=--2、 按照串联校正的设计方法，设计校正装置参数k 、a 和b 。
（1） 设计校正器为：s a ks b ++ 使得它的一个零点与可控对象的一个极点抵消，加入校正器后，开环传递函数为：()010()kG s s s b ∴=+（2）加入校正器后，特征多项式为：2100s b s k ++=（3）利用期望极点求出希望的特征多项式：**212det()()()14.1100sI A B K s s s s λλ--=--=++（4） 对比（2）、（3）步中的特征多项式，求出K 和b 。
K=10 a=0.1 b=14.13、在MA TLAB环境下，对校正后的系统性能进行仿真验证。
四、实验结果：T：0.5ST：0.1ST：0.01ST：0.005S结论：采样周期设置得越小，超调量越小，峰值时间也越小，五、思考题1、将连续系统的设计方法用于采样系统设计，应注意那些问题？注意采样周期的选择。
2、设计采样系统的校正网络，可采用那些方法？如果性能指标以单位阶跃响应的峰值时间、调整时间、超条量、阻尼比等时域特征量给出时，一般采样根轨迹校正。
如果性能指标以稳定裕量的形式给出，采用频率法校正。
自控08采样系统分析
环保意识的提高将促使自控采样系统在设计和使用过程中 更加注重环保性能，如采用环保材料、降低能耗等。
谢谢
THANKS
优化响应时间和延迟策略
01
优化系统控制策略
通过改进控制算法、提高控制器 性能等措施，减少系统响应时间 和延迟。
02
采用高速数据传输 技术
采用高速数据传输技术，如USB、 Ethernet等，提高数据传输速率， 减少数据传输延迟。
03
加强系统并行处理 能力
通过采用多核处理器、并行计算 等技术，提高系统并行处理能力， 缩短任务执行时间。
用实例和效果。
探讨自控08采样系统未 来的发展趋势、挑战和
机遇。
02 自控08采样系统概述
CHAPTER
系统组成
01
02
03
04
采样头
负责从环境中获取样本，具有 高精度和稳定性。
传输管道
将采样头获取的样本传输到分 析仪器，保证样本的完整性和
准确性。
分析仪器
对样本进行自动分析，提供实 时数据和结果。
噪声抑制
采样系统应具备良好的噪声抑制能力，以减小环境噪声对采样数据的影响。
电磁兼容性
在电磁干扰环境下，采样系统应能保持正常工作，不受外部电磁场的影响。
响应时间与延迟
响应时间
响应时间是指从输入信号发生变化到采样系统输出相应变化所需的时间。较短的 响应时间能够使采样系统及时响应输入信号的变化。
延迟
延迟是指采样系统在处理信号时产生的时间滞后。较小的延迟能够确保采样数据 的实时性和准确性。
智能化发展
随着能化转型的重 要组成部分，对于提升企业竞争力和 适应市场需求具有重要意义。
汇报范围
采样控制系统的稳定性分析
稳定性分析的重要性
系统性能的保证
01
稳定性是控制系统正常工作的基础，只有稳定的系统才能保证
其性能。
避免系统失控
02
不稳定系统可能导致系统失控，造成严重后果，因此需要进行
稳定性分析。
优化系统设计
03
通过稳定性分析，可以指导系统设计，优化系统参数，提高系
统性能。
稳定性分析的方法与工具
时域分析法
通过分析系统的响应曲线来判断系统的稳定 性。
采样周期过长
可能导致系统对快速变化的过程参数响应不足，同样影响系统的 稳定性。
合适采样周期
选择合适的采样周期是确保系统稳定性的关键，需要根据具体应 用场景和系统特性进行合理设置。
控制参数对系统稳定性的影响
01
02
03
控制增益过大
可能导致系统超调量增大， 甚至出现振荡，影响系统 的稳定性。
控制增益过小
案例二：某电力系统的采样控制稳定性改进
总结词
该案例针对某电力系统的采样控制稳定 性问题，提出了一种改进方案。
VS
详细描述
该案例中，研究者首先对电力系统的采样 控制进行了稳定性分析，发现系统存在不 稳定性问题。为了解决这个问题，他们提 出了一种新的采样策略和控制算法。通过 实验验证，新方案有效地提高了电力系统 的稳定性和响应速度。
效果。
采样控制系统的应用有助于推动 相关领域的技术创新和产业升级， 为社会经济的发展提供重要支撑。
采样控制系统的历史与发展
采样控制系统的概念最早可以追溯到20世纪50年代，随着计算机技术的发展，采样 控制系统逐渐得到广泛应用。
近年来，随着数字信号处理、嵌入式系统、物联网等技术的快速发展，采样控制系 统的理论和应用得到了进一步拓展和完善。
采样控制系统分析
第五节 采样控制系统的稳定性分析
在采样系统的稳定性分析中，可以 从s平面和z平面之间的关系中，找出分 析采样控制系统稳定性的方法。
一、 z平面内的稳定条件 二、 z平面和s平面的关系 三、 劳斯稳定判据
第五节 采样控制系统的稳定性分析
一、 z平面内的稳定条件
采样系统稳定的条件： 在单位阶跃输入下，采样系统的闭 环输出可表示为 : 闭环脉冲传递函数的极点均位于 z平
W平面内 u=0 可得： u<0 u>0
Z平面内 ︱z︱=x2+y2 =1 ︱z︱=x2+y2 <1 ︱z︱=x2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱy2 >1
第五节 采样控制系统的稳定性分析
例 已知采样控制系统闭环特征方程式 D(z)=45z3-117z2+119z-39=0 列劳斯表 有二个根在w 试判断系统的稳定性。 2 w3 1 右半平面,即有两 解： 将 Z→W 变换代入特征方程式： 2 w 2 40 Z 平面上的 w +1 w +1 w +1 2 个根在 3 45( w ) -117( w-1 ) +119( w-1 )-39=0 1 -1 单位圆外，故系统 w -18 0 3 2 0 45(w +1) -117( w +1) (w为不稳定。 -1) w 40 0 +119(w+1)(w-1)2-39(w-1)3=0 返回 经整理得 w3+2w2+2w+40=0
k C(kT)=A01(kT)+Σ A ( z ) 面上以原点为圆心的单位圆内。即 i=1 i i
n
如果系统是稳定的，则当 k 趋于无 ︱zi︱<1 穷大时系统输出的瞬态分量趋于零 : 若闭环脉冲传递函数有位于单位圆
采样数据控制系统分析
自动控制原理
第七章 采样数据控制系统分析
e*(t)
零阶保持器
eh(t)
e*(t)
eh(t)
eh( t)
e(t) e(t-T/2) eh(t)
5T O T 2T 3T 4T
5T
5T
t
O
T 2T 3T 4T
t
O
T 2T 3T 4T
t
(a)
(b)
(c)
自动控制原理
第七章 采样数据控制系统分析
保持器的传递函数和频率特性:
引入一个新的复变量
ze
Ts
1 s ln z T
z 是用复数z 平面来定义的 一个新变量
自动控制原理
第七章 采样数据控制系统分析
Z 变换的定义式 记作
E ( z ) e( kT ) z k
k 0
E ( z ) Z [e* (t )]
也可以写为 E ( z ) Z [e( t )] 将定义式展开
k 0 k k
jks t
式中
2π s T
称为系统的采样角频率。
自动控制原理
第七章 采样数据控制系统分析
系数
1 T 1 0 1 jks t jks t 2 Ck T (t kT )e dt (t )e dt 0 T 2 T T
自动控制原理
第七章 采样数据控制系统分析
7.2 信号的采样与保持 一、采样过程 把连续信号转换成离散信号的过程，叫作 采样过程。 实现采样的装置叫作采样开关或采样器。
e(t) e(t) T e*(t) e*(t)
e(kT)
O
t
O
T
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。
自控实验-采样控制系统分析
实验名称 采样控制系统的分析 实验序号 5 实验时间 2011-12-19 学生姓名 学号专业 自动化 班级 （1）班 年级 09级 指导教师 实验成绩一、实验目的：1．通过本实验进一步理解香农采样定理和零阶保持器ZOH 的原理及其实现方法。
2．利用组件LF398组成一个采样控制系统，并研究采样周期T 的大小对该系统性能的影响。
二、实验原理：图5—1为信号的采样与恢复的方块图。
图中X(t)是t 的连续信号，经采样开关采样后，变为离散信号X *(t)。
图5-1 连续信号的采样与恢复香农采样定理证明要使被采样后的离散信号X *(t)能不失真地恢复原有的连续信号X(t)，其充分条件为：ωs ≥2ωmax ………………………①式中ωs 为采样的角频率，ωmax 为连续信号的最高角频率。
由于ωs=T2π，因而式①可改写为T ≤m axωπ …………………………②T 为采样周期。
采样控制系统稳定的充要条件是其特征方程的根均位于Z 平面上以作标原点为圆心的单位圆内，且这种系统的动、静态性能均只与采样周期T 有关。
三、实验内容：1．信号的采样与恢复本实验采用“采样—保持器”组件LF398，它具有将连续信号离散后的零阶保持器输出信号的功能。
图5—2为采样—保持电路。
图中MC1555为产生方波的多谐振荡，MC14538为单稳态电路。
改变多谐振荡器的周期，即改变采样周期T。
图5—3为LF398的接线图。
2．闭环采样控制系统的研究图5—4为采样控制系统的方块图，图中se Ts--1为零阶保持器ZOH的传递函数，图5—5为该系统的模拟电路图。
图5—4 采样控制系统方块图图5—3 LF398连接图图5—2 采样保持电路图5—5 闭环采样系统的电路模拟图图5—4所示系统的开环脉冲传递函数为： G(z)=Z[)15.0()1(252+--s s e Ts ]=(1-z -1)Z[)2(22+s s ]25（1-z -1）Z[25.05.012++-s s s ]=25(1-z -1)[T e z z z z z Tz 225.015.0)1(--+---]=))(1()21(]12[5.122222T T T T e z z Te e z e T --------++-闭环脉冲传递函数为：)Te 25e 5.115.12(z )e 5.115.13T 25(z )]Te 2e 1(z )e 1T 2[(5.12)z (R )z (C T 2T 2T 22T 2T 2T 2--------++-+--++-= )Te 25e 5.115.12(z )e 5.115.13T 25(z )]Te 2e 1(z )e 1T 2[(5.12)z (R )z (C T 2T 2T 22T 2T 2T 2--------++-+--++-= 根据上式可判别该采样控制系统是否稳定，并可用迭代法求出该系统的阶跃输出响应。
自动控制原理实验报告采样系统分析
采样系统分析实验原理1.采样控制系统的基本概念连续控制系统中的所有变量在时间上都是连续的，但随着被控系统复杂性的提高，系统对控制器的要求也越来越高，控制器的成本也随着控制系统数学模型的复杂化而急剧上升，但这都是对于模拟控制器而言的。
随着数字元件，数字计算机的普及和发展，离散控制器及其相关理论急速发展，要实现计算机（离散控制器)对连续系统的控制，采样，量化两个过程是必不可少的。
对比连续控制系统，离散控制系统是指控制系统中有一处或者多处信号不是连续信号，而是时间上的离散序列或者量化后的数码，这种信号称为采样信号。
根据信号在幅值上是否是数字量将离散信号分为采样（脉冲序列）信号和数字信号，前者相当于连续信号与脉冲序列卷积，在幅值上仍然为连续量，后者则经过了幅值上的量化。
离散系统又分为采样控制系统和计算机控制系统，离散控制器中最常用的是计算机，计算机控制系统有很多特点 1、有利于实现系统的高精度控制； 2、数字信号传输有利于抗干扰；3、可以完成复杂的控制算法，而且参数修改容易；4、除了采用计算机进行控制外，还可以进行显示，报警等其它功能；5、易于实现远程或网络控制 本实验主要涉及的采样控制系统，在这样的系统中既有连续信号又有离散信号，两个特有的环节是采样器和保持器。
采样过程典型的采样系统 采样器 )t (f )t (f*)t (T δ理想单位脉冲序列采样后的信号为理想单位脉冲的傅里叶变换采样信号进行拉氏变换离散信号频谱)(*ωj F 与连续信号频谱)(ωj F 的关系为∑+∞=-=0*)]([(1)(n s n j F T j F ωωω2.香农定理设连续信号的频谱为)(*ωj F ，其上限频率为max ω,则经采样所得到的离散信号可以无失真地恢复原连续信号的条件是实际情况下，采样频率的选择常通过估计得到，并且原大于这个标准。
3.保持器保持器是一种按恒值规律外推的保持器，它将当前采样时刻的值，保持到下一个采样时刻，即∑∞=-=0)()(n T nT t t δδ012ωωδδωπ∞∞∞====-===∑∑∑()()(/)s s jn tjn tT ns n n n t t nT CeeT T11ωδω∞**=∞∞====-==-∑∑∑(){()}{()()}{()}()s n jn tsn n F s L f t L f t t nT L f t eF s jn TT01ωω∞*==-=∑()(),s n F s F s jn T s j ，令max max 2ωπωω≤≥T s 或Λ,2,1,0)()()1(==+<≤n nT u t u T n t nT h ，时，常用的是零阶保持器，可以表示成两个阶跃信号的叠加由此可以得到零阶保持器的传递函数零阶保持器的幅频特性由上图可以看出，零阶保持器有两个重要特性，分别是低通特性和相角滞后特性。
采样控制系统的分析
采样控制系统的分析1. 引言采样控制系统是现代自动控制系统中的一个重要组成部分。
它通过对被控对象进行采样和控制操作，实现对系统动态特性的精确控制。
本文将对采样控制系统进行深入分析，包括系统的基本原理、特点以及应用。
2. 采样控制系统的基本原理采样控制系统是基于采样周期的自动控制系统，其基本原理是通过周期性采样对被控对象的状态进行测量，并根据测量结果进行控制操作。
采样系统由采样器、控制器和执行器组成。
2.1 采样器采样器是采样控制系统中用于对被控对象进行采样的部件。
它包括传感器和采样信号处理器两部分。
传感器将被控对象的状态转换为电信号，而采样信号处理器则对传感器输出的信号进行采样和处理，获得被控对象在每个采样周期内的状态。
2.2 控制器控制器是采样控制系统中用于根据采样结果进行控制操作的部件。
它根据被控对象的状态和目标控制要求，计算并输出控制信号。
常见的控制器包括比例-积分-微分（PID）控制器、模糊控制器等。
2.3 执行器执行器是采样控制系统中用于执行控制操作的部件。
它接收控制信号并将其转换为对被控对象的操作，实现对被控对象状态的调节。
常见的执行器包括电动执行器、气动执行器等。
3. 采样控制系统的特点采样控制系统具有以下特点：3.1 时变性由于采样控制系统是周期性的，它对被控对象的控制是离散的。
这使得系统在不断变化的环境和外界干扰下，能够对被控对象的状态进行实时调节。
3.2 数字化采样控制系统使用数字技术对被控对象进行采样和控制，使得系统具有较高的精度和稳定性。
此外，数字化还使得系统易于实现自动化和远程控制。
3.3 离散性采样控制系统是离散系统，它通过周期性采样和控制操作来实现对被控对象的控制。
这种离散性使得系统具有一定的响应速度和抗干扰能力，但也会对系统的控制性能产生一定影响。
4. 采样控制系统的应用采样控制系统广泛应用于工业自动化、航空航天、电力系统等领域。
4.1 工业自动化在工业自动化中，采样控制系统用于对机械设备、生产线等进行控制。
自动控制原理采样实训报告
一、实训目的本次实训旨在通过实际操作，加深对自动控制原理中采样系统及计算机控制的理解。
通过实训，使学生掌握采样系统的基本原理，熟悉计算机控制系统的应用，并能运用所学知识分析和解决实际问题。
二、实训时间2023年X月X日三、实训地点XX大学自动控制实验室四、实训内容1. 采样系统实验（1）实验目的：熟悉采样系统的基本原理，验证采样定理，分析采样对系统性能的影响。
（2）实验仪器：采样系统实验台、信号发生器、示波器、计算机等。
（3）实验步骤：①连接采样系统实验台，设置采样频率。
②输入不同频率的信号，观察采样系统输出波形。
③分析采样对系统性能的影响，验证采样定理。
2. 计算机控制实验（1）实验目的：熟悉计算机控制系统的基本原理，掌握计算机控制系统的应用。
（2）实验仪器：计算机控制实验台、信号发生器、示波器等。
（3）实验步骤：①连接计算机控制实验台，设置控制参数。
②输入控制信号，观察计算机控制系统输出波形。
③分析计算机控制系统性能，验证控制效果。
五、实验结果与分析1. 采样系统实验结果与分析（1）实验结果表明，采样系统能够有效地对连续信号进行采样，满足采样定理。
（2）采样频率越高，采样误差越小，系统性能越好。
（3）采样对系统性能的影响主要体现在相位延迟和幅值误差上。
2. 计算机控制实验结果与分析（1）实验结果表明，计算机控制系统能够有效地对控制信号进行处理，实现精确控制。
（2）计算机控制系统的性能取决于控制算法和控制参数。
（3）通过调整控制参数，可以优化控制效果。
六、实训心得1. 通过本次实训，我对自动控制原理中采样系统及计算机控制有了更深入的理解。
2. 实践是检验真理的唯一标准，通过实际操作，我更加深刻地认识到理论知识的重要性。
3. 在实验过程中，我学会了如何分析问题、解决问题，提高了自己的动手能力。
4. 团队合作是完成实验的关键，通过与他人合作，我学会了沟通、协作，提高了自己的团队意识。
七、总结本次自动控制原理采样实训，使我受益匪浅。
自动控制原理--脉冲传递函数及采样系统的分析
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)
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
2
r t
et T
e* t
1 eTs s
100.5s 1
yt
s2
解：系统的开环脉冲传递函数为
G(z)
(1
z 1 ) Z
10(0.5s s3
1)
z
1 5T 2z(z 1)
z
(z 1)3
5Tz (z 1)2
解：系统的开环脉冲传递函数为
G(z)
(1
z 1 ) Z
10(0.5s s3
1)
x
x
x
xx
x
暂态响应与极点位置关系
• 1)当闭环脉冲传递函数的极点位于z平面上以 原点为圆心的单位圆内时,其对应的暂态分量是 衰减的。
• 2)要使控制系统具有比较满意的暂态响应,其闭 环极点应尽量避免分布在Z平面单位圆内的左 半部,最好分布在单位圆内的右半部。
• 3)极点尽量靠近坐标原点,相应的暂态分量衰减 速度较快。
二、串联环节的脉冲传函
1、两个环节有采样开关时
rt
r*t G1s y1t
y1*t G2s
y*t yt
根据脉冲传递函数的定义：
G(z)
Y (z) R(z)
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。