第2章计算机控制理论基础优秀PPT.ppt
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1、第2章计算机控制理论基础现在学习的是第1页,共40页2.1 信号变换原理信号变换原理主要内容 1.1.计算机控制系统内的信号变换计算机控制系统内的信号变换2.2.采样器与采样过程采样器与采样过程3.3.采样定理采样定理 4.4.采样周期的选择采样周期的选择 5.5.信号的恢复与保持信号的恢复与保持 现在学习的是第2页,共40页1.计算机控制系统的信号流程信号采样信号采样现在学习的是第3页,共40页实际采样过程2.脉冲采样器和采样过程现在学习的是第4页,共40页理想采样过程现在学习的是第5页,共40页采样信号的物理意义现在学习的是第6页,共40页3.采样定理现在学习的是第7页,共40页3.采样定
2、理(续)现在学习的是第8页,共40页频率混叠现象现在学习的是第9页,共40页4.采样周期的选择n理论基础:采样定理 n主要考虑的因素:nA.对象的动态特性nB.扰动的特性nC.控制算法nD.执行机构的速度nE.跟踪性能的要求现在学习的是第10页,共40页5.信号恢复与保持n(1)信号复现:采样定理推导过程表明需要通过一个理想的低通滤波器才可以实现,所依据的是信号的定值外推理论,信号在线恢复常采用保持器。n(2)保持器的作用:n A.采样点间的信号保持;n B.滤波(低通);n(3)零阶保持器:现在学习的是第11页,共40页零阶保持器输入输出特性现在学习的是第12页,共40页零阶保持器的传递函数
3、零阶保持器输入一个单位脉冲,则输出现在学习的是第13页,共40页零阶保持器频域特性现在学习的是第14页,共40页零阶保持器的实现原理:将保持器中 项一阶或三阶泰勒展开现在学习的是第15页,共40页零阶保持器现在学习的是第16页,共40页2.2 连续模型与离散模型间的转换连续模型与离散模型间的转换1.传递函数与Z传递函数间的转换 1)向后差分变换法原理:微分方程变换为差分方程。例2-1 现在学习的是第17页,共40页 1)向后差分法向后差分法特点:A.无论原传递函数有多复杂,向后差分变换法的使用都非常简便,无需对传递函数作因式分解,无论手工计算还是计算机编程都很容易。B.若 G(s)稳定,向后差
4、分变换后G(z)也稳定;但是,如进行反方向的变换,由 G(z)到 G(s)则不一定,即向后差分的逆变换不能保持原函数的稳定特性。因此,向后差分变换法一般只用正方向的变换。C.变换的近似程度相对比较差,特别是采样周期较大时。一般地,向后差分变换法主要适用于精度要求不高、传递函数较简单的场合,如惯性滤波器、PID控制器的离散化等。现在学习的是第18页,共40页 2)双线性变换法双线性变换法原理:现在学习的是第19页,共40页 2)双线性变换法双线性变换法例2-2、例2-3 特点:A.与向后差分变换法一样,双线性变换法使用也非常简便,无需对传递函数作因式分解,无论手工计算还是计算机编程都很容易实现。
5、B.双线性变换将S平面的左半平面(S平面的稳定区域)映射到Z平面的单位圆内(Z平面的稳定区域),因此,双线性变换不改变系统的稳定区域,即变换前后G(s)与 G(z)的稳定特性不变 C.当采样周期不大时,双线性变换具有很好的近似程度。双线性变换法除了在计算机控制系统的设计中有着广泛的应用外,还可用于快速数字仿真及数字滤波器设计等其它方面。现在学习的是第20页,共40页 3)零阶保持器法原理:现在学习的是第21页,共40页 3)零阶保持器法例2-4 特点:A.模型转换时,常常需要对连续传递函数作因式分解,以便查Z变换表得到变换结果,因此该方法仅适用于连续传递函数比较简单、可以手工计算的情况。B.对
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