2022年自动控制原理教案- .pdf

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1、第八章离散控制系统1, 本章的教学要求1) 使学生掌握采样过程与采样定理; 2）使学生掌握 Z变换和 Z反变换 ; 3）使学生掌握离散控制系统的数学模型; 4）使学生掌握离散控制系统的性能分析。2. 本章讲授的重点本章首先介绍离散系统概念，讲授的重点是采样过程与采样定理，Z 传递函数（脉冲传递函数） 定义，开环系统的 Z 传递函数和闭环系统的Z 传递函数的求取，系统稳定性的判别，稳态误差的计算等。3本章的教学安排本课程讲授 8 个学时，安排了 5 个教案。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -

2、- - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 教案 8-1 1主要内容：1） 采样控制系统知识要点2） 离散信号3） 离散系统概念2讲授方法及讲授重点：本讲首先介绍采样控制系统的特点， 分析设计采样控制系统采用的数学工具是 Z 变换，采用的数学模型是差分方程和脉冲传递函数。给出离散信号定义， 用图说明一般采样控制系统（也称脉冲控制系统）、数字控制系统（也称计算机控制系统）构成。介绍离散控制系统在实际控制系统中得到了广泛应用的主要原因。3教学手段：Powerpoint 课件与黑板讲授相结合。4注意事项：在讲授本讲时，应注意由于内容较多，学时少，有些地方需要简介。5课

3、时安排：1学时。6作业：书后 p279 8-1 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 教案 8-2 1主要内容：1） 采样过程与采样定理2） 保持器2讲授方法及讲授重点：在介绍采样过程与采样定理时，首先给出采样过程、 采样开关的定义， 利用图解释采样过程， 由此推出离散模拟信号的数学表达式。然后，分析采样信号的频谱，说明连续信号 x(t) 的频谱 |X(j )| 是单一的连续频谱， 而离散信号 x*(t)的频谱则是以采

4、样角频率s为周期的无穷多个频谱之和，由此引出重要定理：采样定理。强调由于实际系统需要用连续信号控制被控对象进行工作，因此需要信号保持，把离散脉冲序列较准确的转变为连续信号，说明常用的保持器有零阶保持器和一阶保持器等。举例说明采样定理。3教学手段：Powerpoint 课件与黑板讲授相结合。4注意事项：利用图解释采样过程，采样过程和采样定理应重点讲解。5课时安排：2学时。6思考题：一个具有标志的轮子，每转一圈用时 2 秒。 采用摄像机拍摄轮子的运动状况，拍摄周期取多大时轮子的运动不失真？解：轮子的旋转周期2T，角频率T2。由采样定理：拍摄频率22maxS可见：222max2STS122ST拍摄周

5、期1ST秒时轮子的运动不失真。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 教案 8-3 1主要内容：1） Z 变换和 Z反变换2讲授方法及讲授重点：在介绍 Z 变换和 Z 反变换时，应说明 Z 变换是分析离散控制系统的重要数学工具，利用 Z 变换可将描述离散系统动态过程的差分方程转换为代数方程，使求解过程大为简化。给出Z变换的定义、计算方法，简介Z 变换的基本定理、 Z 反变换等内容。说明实际应用中可以查常用时间函数的Z 变

6、换和拉普拉斯变换式表。3教学手段：Powerpoint 课件与黑板讲授相结合。4注意事项：说明 Z 变换是分析离散控制系统的重要数学工具，可将描述离散系统动态过程的差分方程转换为代数方程，使求解过程大为简化。5课时安排：2学时。6作业：书后 p279 8-2 ，8-3 单号名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 教案 8-4 1主要内容：离散控制系统的数学模型（1）差分方程（2）脉冲传递函数2讲授方法及讲授重点：本讲首先

7、简介差分方程， 重点介绍脉冲传递函数， 给出脉冲传递函数定义，说明开环系统的脉冲传递函数的求法。在介绍闭环系统的Z传递函数时， 需要指出，闭环离散系统Z 传递函数不能从GB(s) 和 GBe(s) 求 Z 变换得来，因为采样开关在闭环系统中位置不同， 其闭环 Z传递函数的结果也是不一样的。 举例说明采样开关在闭环系统中具有不同配置时的Z 变换函数 Xo(z) ， 然后解释说明闭环离散系统典型结构图及输出采样信号的Z 变换函数 Xo(z) 表。3教学手段：Powerpoint 课件与黑板讲授相结合。4注意事项：在讲授本讲时，应通过举例重点讲清开环系统的Z传递函数和闭环系统的Z传递函数的求取等。5

8、课时安排：1学时。6作业：书后 p279 8-7 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 教案 8-5 1主要内容：离散控制系统的性能分析2讲授方法及讲授重点：在讲解离散控制系统的性能分析时， 首先说明离散系统的性能分析主要包括三个方面内容：系统稳定性、动态性能和稳态性能。在介绍离散控制系统的稳定性分析时，应画图说明 s 平面到 z 平面的映射关系，给出线性离散系统稳定的充分条件，重点讲解离散系统的劳斯稳定性判据。在讲解

9、离散控制系统的瞬态响应（动态性能分析） 时，应画图说明闭环极点分布与瞬态响应的关系。 在介绍离散控制系统的稳态误差时，分析不同型别单位反馈离散系统在三种输入信号作用下的稳态误差，总结出稳态误差表， 应解释说明稳态误差表的应用，学生应会利用表进行稳态误差的计算。3教学手段：Powerpoint 课件与黑板讲授相结合。4注意事项：在讲授本讲时， 应通过举例重点讲清系统稳定性的判别，稳态误差的计算等。5课时安排：2学时。6作业：书后 p279 8-10 ，8-11 7思考题：书后 p279 8-13 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -