实验二 离散控制系统分析方法
一、实验目的
利用MATLAB 对各种离散控制系统进行时域分析。
二、实验指导
1．控制系统的稳定性分析
由前面章节学习的内容可知，对线性系统而言，如果一个连续系统的所有极点都位于s 平面的左半平面，则该系统是一个稳定系统。对离散系统而言，如果一个系统的全部极点都位于z 平面的单位圆内部，则该系统是一个稳定系统。一个连续的稳定系统，如果所有的零点都位于s 平面的左半平面，即所有零点的实部小于零，则该系统是一个最小相位系统。一个离散的稳定系统，如果所有零点都位于z 平面的单位圆内，则称该系统是一个最小相位系统。由于Matlab 提供了函数可以直接求出控制系统的零极点，所以使用Matlab 判断一个系统是否为最小相位系统的工作就变得十分简单。
2．控制系统的时域分析
时域分析是直接在时间域对系统进行分析。它是在一定输入作用下，求得输出量的时域表达式，从而分析系统的稳定性、动态性能和稳态误差。这是一种既直观又准确的方法。
Matlab 提供了大量对控制系统的时域特征进行分析的函数，适用于用传递函数表示的模型。其中常用的函数列入表1，供学生参考。
例1．z z z H 5.05
.1)(2+=
试绘出其单位阶跃响应及单位斜波输入响应。
解：为求其单位阶跃响应及单位斜波输入响应，编制程序如下：
num=[1.5];
den=[1 0.5 0];sysd=tf(num,den,0.1)
[y,t,x]=step(sysd);
subplot(1,2,1)
plot(t,y);
xlabel('Time-Sec');
ylabel('y(t)');
gtext('单位阶跃响应')
grid;
u=0:0.1:1;
subplot(1,2,2)
[y1,x]=dlsim(num,den,u);
plot(u,y1)
xlabel('Time-Sec');
ylabel('y(t)');
gtext('单位速度响应')
grid
二、实验内容
1、MATLAB在离散系统的分析应用
对于下图所示的计算机控制系统结构图1，已知系统采样周期为T=0.1s，被
控对象的传递函数为
2
()
s(0.11)(0.05s1)
G s
s
=
++
，数字控制器
0.36
()
0.98
z
D z
z
-
=
+
，试
求该系统的闭环脉冲传递函数和单位阶跃响应。
图1 计算机控制系统结构图
实验步骤：
1）.求解开环脉冲传递函数，运用下面的matlab语句实现：>> T=0.1;
>> sys=tf([2],[0.005 0.15 1 0]); %将传函分母展开>> sys1=c2d(sys,T,'zoh');
>> sys2=tf([1 -0.36],[1 0.98],0.1);
>> sys3=series(sys2,sys1)
执行语句后，屏幕上显示系统的开环脉冲传递函数为：
sys3 =
0.03362 z^3 + 0.05605 z^2 - 0.01699 z - 0.002717 --------------------------------------------------
z^4 - 0.5232 z^3 - 0.9201 z^2 + 0.4922 z - 0.04879
Sample time: 0.1 seconds
2）.求其闭环脉冲传递函数，可以输入下列matlab语句来实现：
>> sys4=tf([1]);
>> sys5=feedback(sys3,sys4,-1)
执行语句后，会显示系统的开环脉冲传递函数为：
sys5 =
0.03362 z^3 + 0.05605 z^2 - 0.01699 z - 0.002717
--------------------------------------------------
z^4 - 0.4896 z^3 - 0.8641 z^2 + 0.4752 z - 0.05151
Sample time: 0.1 seconds
3）.最后可用下列命令绘制该离散系统的单位阶跃响应，其结果如图所示：>> step(sys5)
离散系统的单位阶跃响应曲线为：
4）.还可以绘制该离散系统的单位脉冲响应，其结果如图所示：
>> impulse(sys5)
实验结果：
2、SIMULINK在离散系统的分析应用
所给的离散系统的Simulink仿真模型如图2所示，在建立的仿真模型中，设置数字控制器和零阶保持器的采样时间为0.1s。运行仿真模型就可以获得系统的单位阶跃响应，该离散系统的单位阶跃响应曲线，如图3。
图2 系统的单位阶跃响应Simulink仿真模型
图3 离散系统的单位阶跃响应曲线
图4 系统的单位脉冲响应Simulink仿真模型设置脉冲输入参数如下：
图5 离散系统的单位脉冲响应曲线实验结果：
问题分析：在实验的过程中，由于对matlab软件熟练度不足和对软件某些认识上的不足，使得程序在运行过程中出现了许多差错，而对专业知识理解的不到位，使得软件实践和理论知识之间产生了隔阂。最后在老师和同学的帮助下，最终完成了实验，得到了满意的结果和正确的答案。
希望自己将来在matlab的学习与应用中取得进步，感谢老师的教导和帮助！
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）
实验报告 离散控制系统的性能分析及设计 一．实验目的：熟悉MATLAB环境下的离散控制系统性能分析；二．实验原理及实验内容 1. 数学模型的确定及系统分析： 已知采样控制系统，如图所示，若采样周期T＝1s，K=10，（1）求闭环z传函；（2）求单位阶跃响应；（3）判定系统稳定性；（4）确定系统的临界放大系数； 图1 （1）计算闭环Z传函 ds1=tf(10,[1 1 0]);Ts=1; dg1=c2d(ds1,Ts,'zoh') dgg=feedback(dg1,1) Transfer function: 3.679 z + 2.642 ---------------------- z^2 - 1.368 z + 0.3679 3.679 z + 2.642 -------------------- z^2 + 2.311 z + 3.01 （2）求系统单位阶跃响应 C（z）=R*G Y= 3.6788 -2.1802 0.28517 12.225 -22.789 22.182 23.66 -115.13
201.15 -111.95 -1.1555 + 1.2943i -1.1555 - 1.2943i ans = 1.7350 1.7350 （4）临界稳定
将上述系统改变采样周期，T=0.1s,确定系统稳定的K 值范围； Root Locus Real Axis I m a g i n a r y A x i s -6 -5-4-3 -2-101 -2-1.5 -1 -0.5 0.5 1 1.5 2
附录： 最小拍系统设计原理及实例：
实验二 离散控制系统分析方法 一、实验目的 利用MATLAB 对各种离散控制系统进行时域分析。 二、实验指导 1．控制系统的稳定性分析 由前面章节学习的内容可知，对线性系统而言，如果一个连续系统的所有极点都位于s 平面的左半平面，则该系统是一个稳定系统。对离散系统而言，如果一个系统的全部极点都位于z 平面的单位圆内部，则该系统是一个稳定系统。一个连续的稳定系统，如果所有的零点都位于s 平面的左半平面，即所有零点的实部小于零，则该系统是一个最小相位系统。一个离散的稳定系统，如果所有零点都位于z 平面的单位圆内，则称该系统是一个最小相位系统。由于Matlab 提供了函数可以直接求出控制系统的零极点，所以使用Matlab 判断一个系统是否为最小相位系统的工作就变得十分简单。 2．控制系统的时域分析 时域分析是直接在时间域对系统进行分析。它是在一定输入作用下，求得输出量的时域表达式，从而分析系统的稳定性、动态性能和稳态误差。这是一种既直观又准确的方法。 Matlab 提供了大量对控制系统的时域特征进行分析的函数，适用于用传递函数表示的模型。其中常用的函数列入表1，供学生参考。 例1．z z z H 5.05 .1)(2+= 试绘出其单位阶跃响应及单位斜波输入响应。 解：为求其单位阶跃响应及单位斜波输入响应，编制程序如下： num=[1.5]; den=[1 0.5 0];sysd=tf(num,den,0.1) [y,t,x]=step(sysd);
subplot(1,2,1) plot(t,y); xlabel('Time-Sec'); ylabel('y(t)'); gtext('单位阶跃响应') grid; u=0:0.1:1; subplot(1,2,2) [y1,x]=dlsim(num,den,u); plot(u,y1) xlabel('Time-Sec'); ylabel('y(t)'); gtext('单位速度响应') grid 二、实验内容 1、MATLAB在离散系统的分析应用 对于下图所示的计算机控制系统结构图1，已知系统采样周期为T=0.1s，被 控对象的传递函数为 2 () s(0.11)(0.05s1) G s s = ++ ，数字控制器 0.36 () 0.98 z D z z - = + ，试 求该系统的闭环脉冲传递函数和单位阶跃响应。 图1 计算机控制系统结构图 实验步骤： 1）.求解开环脉冲传递函数，运用下面的matlab语句实现：>> T=0.1; >> sys=tf([2],[0.005 0.15 1 0]); %将传函分母展开>> sys1=c2d(sys,T,'zoh'); >> sys2=tf([1 -0.36],[1 0.98],0.1); >> sys3=series(sys2,sys1) 执行语句后，屏幕上显示系统的开环脉冲传递函数为： sys3 = 0.03362 z^3 + 0.05605 z^2 - 0.01699 z - 0.002717 --------------------------------------------------
（工作分析）关于工作分析 的方法
关于工作分析的方法 1、工作分析的作用 工作分析是重要的管理基础工作，阐明工作的任务、职责、及任职条件等内容，作为人员聘任、职位评价、绩效评估、职级设计以及薪资结构设计的基础。帮助改进公司的组织结构和工作系统。 其作用体当下四个方面： 1组织决策过程（包括组织结构、组织计划、组织政策等）； 2工作和设备3设计（包括工作设计、设备4设计、工作方法设计、作业指导书、工作安全、规章制度）； 5人力资源管理（包括人员聘用、选拔、安置、培训、开发、绩效标6准、薪资管理）； 7其它服8务（包括职业咨询、制度教育）。 2、关于工作分析中需要收集的资料类型 3、工作分析的六个导向 工作分析是壹个完成职位描述调查分析的过程，其核心是识别重要的工作行为且将工作分类。 应特别注意区分：员工实际所做的工作和他应负责任之间的区别，以及完成什幺工作和
如何完成这项工作之间的区别。 回答工作做什幺，称为任务导向分析； 回答工作要如何做，称为行为导向分析； 回答任职条件是什幺，称为个人导向分析； 回答工作绩效是什幺，称为目标导向分析； 回答工作环境是什幺，称为条件导向分析； 回答工作责任是什幺，称为责任导向分析。 4、工作分析的主要方法概要： ①问卷调查：问卷设计是壹项非常专业的工作，必须将需要获得的信息转化为简单明确的问题。 通常问卷可分为俩类： 其壹，结构性问卷，仅于设计好的问卷中选勾答案。 其二，非结构性问卷，对设计好的问题作主观的陈述性表达。 问卷法的最大优点是比较规范化、数量化，适合于用计算机对结果进行统计分析。但它的设计比较费工，也不像访谈那样能够面对面地交流信息，因此，不容易了解被调查对象的态度和动机等较深层次的信息。 问卷法仍有俩个缺陷，壹是不易唤起被调查对象的兴趣；二是除非问卷很长，否则就不能获得足够详细的信息。 ②观察法：指对工作实况作现场观察且记录有关工作情况。 研究者认为有经验的员工且不总是很了解自己完成工作的方式。许多工作行为已成习惯，干起工作来且未意识到工作程序的细节。 因此，研究者主张采用观察法对工作人员的工作过程进行观察，记录工作行为的各方面
----------2007-------------------- 一、(22分)求解下列问题： 1. (3分)简述采样定理。 解：当采样频率s ω大于信号最高有效频率h ω的2倍时，能够从采样信号)(* t e 中 完满地恢复原信号)(t e 。（要点：h s ωω2>）。 2．(3分)简述什么是最少拍系统。 解：在典型输入作用下，能以有限拍结束瞬态响应过程，拍数最少，且在采样时刻上无稳态误差的随动系统。 3．(3分)简述线性定常离散系统稳定性的定义及充要条件。 解：若系统在初始扰动的影响下，其输出动态分量随时间推移逐渐衰减并趋于零，则称系统稳定。稳定的充要条件是：所有特征值均分布在Z 平面的单位圆内。 4．（3分）已知X(z)如下，试用终值定理计算x (∞)。 ) 5.0)(1()(2+--= z z z z z X 解： 经过验证(1)X()z z -满足终值定理使用的条件，因此， 211x()lim(1)X()lim 20.5 z z z z z z z →→∞=-==-+。 5．(5分)已知采样周期T =1秒，计算G (z ) = Z [G h (s )G 0(s ) ]。 ) 2)(1(1 e 1)()()(0++-==-s s s s G s G s G Ts h 解：11 1 1211 11(1)(1e )()(1)Z[](1)()s s 11e (1e )e z z z G z z z z z z z --------=--=--=+---++ 6．(5分) 已知系统差分方程、初始状态如下： )k (1)(8)1(6)2(=++-+k c k c k c ，c(0)=c(1)=0。 试用Z 变换法计算输出序列c (k )，k ≥ 0。 解： 22 ()6()8()() ()(1)(68)3(1)2(2)6(4)1 (){2324},0 6 k k z C z C z C z R z z z z z C z z z z z z z c k k -+===-+--+---=-?+≥ 二、（10分）已知计算机控制系统如图1所示，采用数字比例控制() D z K =， 其中K >0。设采样周期T =1s ，368.0e 1=-。
培训需求分析的方法和工具 培训需求分析是企业培训的出发点，也是最重要的一步工作。如果需求分析不准确，就会让接下来的培训偏离轨道，做无用功，浪费企业的人力、物力和财力，却收不到应有的效果。企业要进行有效的需求分析，就必须采取合适方法和工具，本文全面介绍了通常情况下培训需求分析使用的方法以及对应的工具。 一、需求分析的方法和工具 1.1 调研问卷法 调研问卷法是最普遍也最有效的收集资料和数据的方法之一。一般由培训部门设计一系列培训需求相关问题，以书面问卷的形式发放给培训对象，待培训对象填写之后再收回进行分析，获取培训需求的信息和数据。 调研问卷法进行培训需求分析，可以遵循以下五个步骤，见表1： 在设计调研问卷的问题时，应该注意下几个问题： 1、问题尽量简短，并注意使用简单的、固定用法的术语，避免使用读者不了解或者容易引起歧义的名词； 2、一个问题只涉及一件事，避免“结构复杂”的问句； 3、题目设计要简单，不要使作答者作计算或逻辑推理； 4、避免出现诱导答案的问题，保证作答者完全陈述自己观点。
1.2 访谈法 访谈法也是数据收集的一种重要方法。它是指为了得到培训需求的数据和信息，与访谈对象进行面对面交流的活动过程。这个过程不只是收集硬性数据，比如事实、数据等，包括印象、观点、判断等信息。 访谈法可以遵循以下几个步骤进行，见表3：
1.3现场取样法 现场取样法一般较多使用于服务性行业的培训需求调查（如饭店、卖场等），是通过选取培训对象现场实际工作的部分片段进行分析，以确定培训需求的一种分析方法。现场取样法主要包括两种形式：拍摄和取样。 拍摄是指在培训对象的工作环境中安装监控录影机、摄像机等拍摄设备，对培训对象的现场工作过程进行实际拍摄，事后通过录影带进行观察分析，得出培训需求结论。表5为拍摄样板的示例。 取样又分两种形式：一种是“神秘访客”，即由取样人乔装成顾客，在培训对象不知情的情况下与其进行沟通、合作或者买卖活动等，事后以取样人对取样对象工作表现的评价和分析为依据，确定培训需求；另一种是客户录音取样，即选取培训对象与顾客对话的录音为需求分析的依据，总结培训需求的信息和数据。表6为取样法的基本工具——取样分析报告的样板。
CH4、控制系统的分析方法 早期的控制系统分析过程复杂而耗时，如想得到一个系统的冲激响应曲线，首先需要编写一个求解微分方程的子程序，然后将已经获得的系统模型输入计算机，通过计算机的运算获得冲激响应的响应数据，然后再编写一个绘图程序，将数据绘制成可供工程分析的响应曲线。 MATLAB控制系统工具箱和SIMULINK辅助环境的出现，给控制系统分析带来了福音。 控制系统的分析包括系统的稳定性分析、时域分析、频域分析及根轨迹分析。
第一节控制系统的稳定性分析 一、系统稳定及最小相位系统判据 ?对于连续时间系统，如果闭环极点全部在S平面左半平面，则系统是稳定的。 ?对于离散时间系统，如果系统全部极点都位于Z平面的单位圆内，则系统是稳定的。 ?若连续时间系统的全部零极点都位于S左半平面；或若离散时间系统的全部零极点都位于Z平面单位圆内，则系统是最小相位系统。
二、系统稳定及最小相位系统的判别方法 1、间接判别（工程方法） 劳斯判据：劳斯表中第一列各值严格为正，则系统稳定，如果劳斯表第一列中出现小于零的数值，系统不稳定。胡尔维茨判据：当且仅当由系统分母多项式构成的胡尔维茨矩阵为正定矩阵时，系统稳定。 2、直接判别 MATLAB提供了直接求取系统所有零极点的函数，因此 可以直接根据零极点的分布情况对系统的稳定性及是否 为最小相位系统进行判断。
例exp4_1.m 已知某系统的模型如右所示： []u x y u x x 7165210016127 5874036221 21+-=????????????-+????????????---= 要求判断系统的稳定性及系统是否为最小相位系统。 例exp4_2.m 系统模型如下所示，判断系统的稳定性，以及系统 是否为最小相位系统。 11221171494528110142841163)(234562 3+++++++++=s s s s s s s s s s G
关于工作分析的方法 1、工作分析的作用 工作分析是重要的管理基础工作，阐明工作的任务、职责、及任职条件等内容，作为人员聘任、职位评价、绩效评估、职级设计以及薪资结构设计的基础。帮助改进公司的组织结构与工作系统。 其作用体现在四个方面： 1 组织决策过程（包括组织结构、组织计划、组织政策等）； 2 工作与设备 3 设计（包括工作设计、设备 4 设计、工 作方法设计、操作规程、工作安全、规章制度）； 5 人力资源管理（包括人员聘用、选拔、安置、培训、开 发、绩效标6 准、薪资管理）； 7 其它服8 务（包括职业咨询、制度教育）。 2、关于工作分析中需要收集的资料类型
3、工作分析的六个导向 工作分析是一个完成职位描述调查分析的过程，其核心是识别重要的工作行为并将工作分类。 应特别注意区分：员工实际所做的工作与他应负责任之间的区别，以及完成什幺工作与如何完成这项工作之间的区别。 回答工作做什幺，称为任务导向分析； 回答工作要如何做，称为行为导向分析；
回答任职条件是什幺，称为个人导向分析； 回答工作绩效是什幺，称为目标导向分析； 回答工作环境是什幺，称为条件导向分析； 回答工作责任是什幺，称为责任导向分析。 4、工作分析的主要方法概要： ①问卷调查：问卷设计是一项非常专业的工作，必须将需要获得的信息转化为简单明确的问题。 通常问卷可分为两类： 其一，结构性问卷，仅在设计好的问卷中选勾答案。 其二，非结构性问卷，对设计好的问题作主观的陈述性表达。 问卷法的最大优点是比较规范化、数量化，适合于用计算机对结果进行统计分析。但它的设计比较费工，也不像访谈那样可以面对面地交流信息，因此，不容易了解被调查对象的态度和动机等较深层次的信息。 问卷法还有两个缺陷，一是不易唤起被调查对象的兴趣；二是除非问卷很长，否则就不能获得足够详细的信息。 ②观察法：指对工作实况作现场观察并记录有关工作情况。 研究者认为有经验的员工并不总是很了解自己完成工作
控制系统的工作过程与方式 一、教学目标 1.通过案例分析，归纳控制系统的基本特征； 2.了解开环控制和闭环控制的特点； 3.分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程 4.学会用框图来归纳控制系统实例的基本特征，逐步形成理解和分析简单开环和闭环控制系统的一般方法 二、教学内容分析 本节是“控制与设计”第二节的内容，其内容包括“控制系统”、“开环控制系统与闭环控制系统的组成及其工作过程”是学生在学习控制在我们的生活和生产中的应用后，进一步学习有关控制系统的组成、工作方式以及两种重要的控制系统：开环控制和闭环控制，并熟悉它们工作原理和作用。 生活中不乏简单控制系统的应用，人们对此往往象看待日出日落一类自然景色般的习以为常。本部分内容的学习，正是要引导学生，从技术的角度、用控制的思维看周围的存在，分析其道理，理解其基本的组成和工作过程。 本课教学内容，从学生生活经验出发，从实例分析入手，归纳出对控制系统的一般认识，以及根据控制系统方式分类的开环控制系统和闭环控制系统两类，并侧重对开环控制系统的工作过程、方框图、重要参数进行分析。本课要解决的重点是：开环控制系统的工作过程分析，用方框图描述开环控制系统的工作过程。 三、学习者分析 学生在前面的学习中已经学习和分析了控制在生活生产中的应用，获得了有关控制及其应用的初步感性认识和体验，但是对控制的基本工作方式和工作机理还缺乏了解，他们对进一步了解控制系统的知识是有探究的欲望的。结合前面的应用案例分析，进一步分析案例中控制是如何工作的，以及有怎样的工作方式，是学生学习的最近发展区。 四、教学策略： 1. 教法： 本章的教学结合具体的教学内容和目标我们采用“案例情景—机理分析—总结归纳－认识提升”的模式展开。在教学中把知识点的教与学置于具体的案例情景当中，通过丰富而贴近生活的案例使学生从生活体验到理性分析的思维升华过程。同时关注学生能否用不同的语言表达、交流自己的体验和想法。通过富有吸引力的现实生活中的问题，使学生回想和体会控制系统的工作过程，激发学生的好奇心和主动学习的欲望。让学生本着“回想—分析—联想—猜想”的思维过程，对教学内容进行步步展开，使学生亲历自主探索和思维升华的过程。 2. 学法： 鼓励学生自主探究和合作交流，引导学生自主观察、总结，在与他人的交流中丰富自己的思维方式，获得不同的体验和不同的发展。注意引导学生体会控制系统的工作过程和方式，特别是引导学生会学用系统框图来抽象概括控制系统、帮助分析和理解控制系统的组成及其工作过程的方法 五、教学资源准备 多媒体设备、相关图片资料、技术试验工具、材料等
解决思路： 1．树立正确的人力资源管理理念 2．总体规划、分布实施 3．建立以薪酬和绩效为核心的人力资源管理基础平台 关于工作分析 工作分析：各岗位工作职责、工作权限、工作关系、工作要求及任职者资格，做到人职匹配，事事有人做而不是人人有事做。 工作分析基本流程： 1．管理方面：确定职位分析的目的和结果使用范围；选择被分析的工作 2．设计方面：选择信息来源；选择分析者；选择使用的方法和系统 3．收集分析方面：收集、分析、综合工作情报 4．结果表达方面：职位描述、职位要求、执行标准、报酬因素 5．运用方面：培训分析结果使用者；传播分析结果 6．控制方面：分配职位分析；活动的责任和权限 工作分析的方法： 1．问卷调查法：结构化的和开放式的 2．观察法 一般适用于体力劳动者 3．写实分析法 两种：一是工作日志法，即由任职者自己做写实、描述工作 一是主管人员分析法，即主管人员进行记录与分析 4．访谈法：应用最为广泛 个别访谈、群体访谈、主管人员访谈。 对访谈技巧有较高要求 5．关键事件法及扩展的关键事件法 6．资料分析法 尽量利用原有资料，例如原有的岗位责任制文件、工作分析或岗位职责文件，对每个
工作的任务、责任、权力、工作负荷、任职资格有一个大致了解。 应与其它方法结合使用 6．能力要求法 工作分析的实施 1．时机 ?缺乏明确完善书面的职位说明，对岗位的职责和要求不清楚 ?虽然有，但与实际工作情况不符，无法执行 ?经常出现推诿扯皮、职责不清或决策困难的现象 ?刚刚进行了组织机构和工作流程的变革或调整 ?当需要招聘某个职位上的新员工，发现很难确定用人标准 ?当需要对员工的绩效进行考核，发现没有根据岗位确定考核的标准 ?当需要建立新的薪酬体系，无法将各个岗位的价值进行评估 2．工作分析信息的收集者 包括：工作分析专家，工作任职者及其主管 3．收集什么信息？ 做什么？工作活动、结果或产品、应达到的标准 为什么做？工作目的、与其它工作的联系与影响 什么样的人做？任职资格 何时做？ 在哪里做？工作环境 为谁做？工作关系，包括：向谁请示和汇报？向谁提供信息或工作结果？指挥和监控谁？ 如何做？一般程序，使用的工具与机器设备，所涉及的文件或记录，重点控制的环节 4．工作分析基本流程 4．1准备阶段 ?制订总体实施方案 ?目的和意义 ?需要收集的信息内容 ?项目的组织形式与实施者 ?实施的过程或步骤 ?实施的时间和活动安排 ?分析方法的选择 ?界定待分析的工作样本 ?所需要的背景资料和配合工作
实验二离散控制系统分析方法 一、实验目的 利用MATLAB对各种离散控制系统进行时域分析。 二、实验指导 1．控制系统的稳定性分析 由前面章节学习的内容可知，对线性系统而言，如果一个连续系统的所有极点都位于s平面的左半平面，则该系统是一个稳定系统。对离散系统而言，如果一个系统的全部极点都位于z平面的单位圆内部，则该系统是一个稳定系统。一个连续的稳定系统，如果所有的零点都位于s平面的左半平面，即所有零点的实部小于零，则该系统是一个最小相位系统。一个离散的稳定系统，如果所有零点都位于z平面的单位圆内，则称该系统是一个最小相位系统。由于Matlab提供了函数可以直接求出控制系统的零极点，所以使用Matlab判断一个系统是否为最小相位系统的工作就变得十分简单。 2．控制系统的时域分析 时域分析是直接在时间域对系统进行分析。它是在一定输入作用下，求得输出量的时域表达式，从而分析系统的稳定性、动态性能和稳态误差。这是一种既直观又准确的方法。 Matlab提供了大量对控制系统的时域特征进行分析的函数，适用于用传递函数表示的模型。其中常用的函数列入表1，供学生参考。
例1．z z z H 5.05 .1)(2+= 试绘出其单位阶跃响应及单位斜波输入响应。 解：为求其单位阶跃响应及单位斜波输入响应，编制程序如下： num=[1.5]; den=[1 0.5 0];sysd=tf(num,den,0.1) [y,t,x]=step(sysd); subplot(1,2,1) plot(t,y); xlabel('Time-Sec'); ylabel('y(t)'); gtext('单位阶跃响应') grid; u=0:0.1:1; subplot(1,2,2) [y1,x]=dlsim(num,den,u); plot(u,y1) xlabel('Time-Sec'); ylabel('y(t)'); gtext('单位速度响应') grid 二、 实验内容 1、MATLAB 在离散系统的分析应用 对于下图所示的计算机控制系统结构图1，已知系统采样周期为T=0.1s ，被
第7章离散控制系统的分析与综合 7.3 离散系统的能控性和能观性 1、离散系统的能控性和能观性判据 ◆能控性和能观性定义： 对有限个采样周期，若能找到控制信号序列，能使任意一个初始状态转移到零状态，则系统是状态完全能控的；若根据有限个采样周期的输出序列，能唯一地确定任意初始状态，则系统是状态完全能观的。 ◆能控性和能观性判据： A B C状态完全能控的充要条件 n阶线性定常离散系统(,,) 是
1 rank rank[,,,]n c Q B AB A B n -== 状态完全能观的充要条件是 1rank rank o n C CA Q n CA -轾犏犏犏==犏犏犏臌 2、连续系统离散化后的能控性与能观性 设具有零阶保持器的n 阶连续系统以采样周期T 离散为离散系统。 定理：若连续系统不能控（不能观），则其离散系统必不能控（不能观）。若连续系统能控（能观），其互异特征值（含 重特征值）为μλλλ，， ， 21，若对一切 μλλ,,2,1,,0][ ==-j i R j i e
的互异特征值满足 ,2,1,2][±±=≠-k T k I j i m πλλ 则其离散系统必保持能控（能观）性。 7.4 离散系统的稳定性 1、离散系统稳定的充要条件 1）赛尔维斯特展开定理 设n 阶系数矩阵A 具有互异特征值n λλλ，，， 21，)(A f 是A 函数，则有 i i n i A f A f )()(1λ∑== 其中 j i i n i j j i I A A λλλ--= ∏≠=,1
2）离散系统稳定的充要条件 线性定常离散系统齐次状态方程 的解为 ()(0)k x k A x = 由系统的特征方程 0zI A -= 可解得系统的特征值。 设A 的特征值n λλλ，，， 21两两互异，则由赛尔维斯特展开定理得 1n k k i i i A λA ==?
5.1观察分析法 5.1. 1观察分析法概述 1.观察分析法的含义 观察分析法就是工作分析人员在工作现场.下，运用感觉器官或在其他工具(如视听器材:录像机、照相机、录音机等)的协助下，针对某些特定的作业活动，通过观察将有关工作的内容、方法、程序、设备、工作环境等信息记录下来，并在此基础上归纳分析有关的工作因素，达到分析目的的一种方法。 2.观察分析法的种类 在实际情景中观察时，可以根据观察者所处的情景特点分为自然观察和控制观察两种。自然观察是在完全自然的情景下，工作分析人员对任职者工作的观察。一般被观察者并不知道自己正处于被观察之中。如搬运工的职位，他的T作基本上是以一天为一个周期，职位分析人员可以一整天跟随着搬运工进行直接工作观察。控制观察是在限定条件下所进行的观察。例如，为了进行时间一动作分析，观察者需要系统地观察工作的操作模式。再如机场的安全检查工作，除了有正常的工作程序以外，还有很多突发事件需要处理，如盘问可疑人员、紧急事务处理等，职位分析人员可通过观察机场安检人员处理突发事件的演习过程，来收集该项工作的信息。 根据观察者和被观察者之间的关系，还可以把观察方法分为参与观察和非参与观察两种。参与观察是指观察者直接参与被观察者的活动，并在共同活动中进行观察的方法。而观察者不参与被观察者的活动，以旁观者的身份进行观察的方法称为非参与观察。 观察法一般适用于工作周期很短、工作任务单一、重复性强、易于观察的生产性工作职位。对于某些工作周期较长的工作，为了能完整地观察到员工的所有工作，必须分阶段进行观察。如筹办大型会议的工作人员，该职位的工作从会议的立项开始到会议闭幕，往往历时较长，为了能够观察到任职者的各项工作任务，必须分阶段进行观察，职位分析人员应随时进行记录，必要时可以使用录影设备，以便确保收集到的信息充分、可靠。 5.1.2观察分析法的设计与运用 1.观察法的使用条件 (1)所分析的职位工作任务应相对稳定，在一定时期内，工作职责、工作内容、工作程序、工作环境不会发生明显变化。 (2)一般来说，观察分析法适用于外显特征较明显、工作标准化程度高、周期较短的岗位工作，如生产线上工人的工作、会计员的工作等。不适合心理素质的分析及工作循环周期很长的、脑力劳动的工作。 (3)工作分析人员要有丰富的实际操作经验，善于从表象中发现和提炼工作的特征。 2.观察提纲的设计 运用观察分析法，最基本的是要准备一份观察提纲。有了观察提纲，才可以做到有的放矢。在设计观察提纲时，应从工作分析的目的出发，从工作过程的各个角度提示工作分析人员如何观察，应观察哪些方面，观察的重点在哪儿。只有这样，收集的信息才会更全面、更准确。如表5-7所示。
光谱分析培训资料 2０06年9月
原子吸收光谱分析培训资料 说明:以下内容仅是该类检测人员需要掌握的最基本知识，还涉及到的理论知识需用业余时间学习,实际经验需在操作中去积累。有关实验室认可内容将以质量手册和程序文件为依据进行专题培训。 理论知识 一、原子吸收光谱分析的基本原理 1.原理： 原子吸收分光光度法，又称原子吸收光谱法，是基于从光源发出的被测元素特征辐射通过元素的原子蒸气时被其基态原子吸收，由辐射的减弱程度测定元素含量的一种现代仪器分析方法2.分类：通常分为2类 a）．火焰原子吸收分析：由火焰将试样分解成自由原子。 b）.石墨炉无火焰原子吸收分析:依靠电加热的石墨管将试样气化及分解。 3.优点: a).检出限低。可达ｎg.mｌ-1级。 b).选择性好,原子吸收光谱是元素的固有特征。 ｃ).精密度高,相对标准偏差达到1%没有困难,最好可以达到0.3%或更好。 d).抗干扰能力强,一般不存在共存元素的光谱干扰。干扰主要来自化学干扰。 e)．分析速度快，使用自动进样器,每小时测定几十个样品没有任何困难。 f).应用范围广,可分析周期表中绝大多数的金属与非金属元素。 g）.进样量小,一般进样量3～6ml.ｍｉn-1 h）.仪器设备相对简单，操作简便。 ４.不足： 主要用于单元素的定量分析，标准曲线的动态范围通常小于２个数量级。 二、原子吸收光谱分析的定量方法 吸光度与试样中被测元素含量成正比
A=Ｋｃ（Ａ—吸光度；c—被测元素的含量；） 常用的定量方法： 有标准曲线法——最基本的定量方法 标准加入法 浓度直读法。 1．标准曲线法： 用标准物质配制标准系列溶液,在标准条件下,测定各标准样品的吸光度值Ai，对被测元素的含量ci。在同样条件下，测定样品的吸光度值Aｘ,根据被测元素的吸光度值Ax，从校正曲线求得其含量ci。 2．标准加入法: 分取几份等量的被测试样，在其中分析加入不等量的被测元素标准溶液,依次在标准条 件下测定它们的吸光度值，制作吸光度值对加入量的校正曲线,用外推法求得样品溶液的浓度3．浓度直读法: 在标准曲线为直线的浓度范围内，先用一个标样定标，通过标尺扩展,将测定吸光度值 调整为浓度值，以后测定试样时直接得到它的浓度值。 三、原子吸收光谱仪的组成 光源 原子化器、氢化物发生器 分光系统 检测系统 1．光源——空心阴极灯:由待测元素本身或其合金制成，内充惰性气体。 2．火焰原子化器：由雾化器、雾化室及燃烧器三部分组成 ａ). 雾化器:通过毛细管由气流的负压吸入溶液,并将溶液分散成非常细的雾滴。 ｂ). 雾化室:预混室,燃气、助燃气、分散雾滴在此充分地混合均匀。 ｃ)．燃烧器：用于混合气燃烧之用。一般是单缝燃烧器。我们所使用的是空气乙炔火焰燃烧器与氧化亚氮乙炔燃烧器。 3．氢化物发生器:用于易形成氢化物的元素测定,As、Sｅ、Sb、Ｈｇ元素 ４．光学系统:单色器,分单光束与双光束。 ５．检测系统：接收被火焰吸收后信号输入到光电倍增管，变成电讯号，最后经过转换由记记录
一、(22分)求解下列问题： 1. (3分)简述采样定理。 解：当采样频率s ω大于信号最高有效频率h ω的2倍时，能够从采样信号)(* t e 中 完满地恢复原信号)(t e 。（要点：h s ωω2>）。 2．(3分)简述什么是最少拍系统。 解：在典型输入作用下，能以有限拍结束瞬态响应过程，拍数最少，且在采样时刻上无稳态误差的随动系统。 3．(3分)简述线性定常离散系统稳定性的定义及充要条件。 解：若系统在初始扰动的影响下，其输出动态分量随时间推移逐渐衰减并趋于零，则称系统稳定。稳定的充要条件是：所有特征值均分布在Z 平面的单位圆内。 4．（3分）已知X(z)如下，试用终值定理计算x (∞)。 ) 5.0)(1()(2 +--= z z z z z X 解： 经过验证(1)X()z z -满足终值定理使用的条件，因此， 2 1 1 x()lim(1)X()lim 20.5 z z z z z z z →→∞=-==-+。 5．(5分)已知采样周期T =1秒，计算G (z ) = Z [G h (s )G 0(s ) ]。 ) 2)(1(1 e 1)()()(0++-==-s s s s G s G s G Ts h 解：11 1 1211 11(1)(1e )()(1)Z[](1)()s s 11e (1e )e z z z G z z z z z z z --------=--=--=+---++ 6．(5分) 已知系统差分方程、初始状态如下： )k (1)(8)1(6)2(=++-+k c k c k c ，c(0)=c(1)=0。 试用Z 变换法计算输出序列c (k )，k ≥ 0。 解： 22()6()8()() ()(1)(68)3(1)2(2)6(4)1 (){2324},0 6 k k z C z C z C z R z z z z z C z z z z z z z c k k -+===-+ --+---=-?+≥ 二、（10分）已知计算机控制系统如图1所示，采用数字比例控制()D z K =， 其中K >0。设采样周期T =1s ，368.0e 1=-。
实验七 控制系统频域分析方法 1.实验目的 （1）熟练掌握Nyquist 图和Bode 图的绘制。 （2）熟练掌握利用Nyquist 图和Bode 图分析系统的性能。 2.实验仪器 （1）Matlab6.5应用软件安装版 一套 （3）PC 机 一台 3. 实验原理 依据MA TLAB 的建模指令，利用MATLAB 对系统仿真，分析系统的频率特性。 4. 实验步骤 （1）建立系统的MATLAB 模型，绘制系统Nyquist 图和Bode 图，分析系统稳定性 （2）求系统的幅值穿越频率和相位穿越频率，分析系统的稳定性。 （3）依据系统框图建立系统模型，利用LTI Viewer 分析系统的稳定性。 （4）绘制离散系统开环传递函数的Nyquist 图和Bode 图，绘制系统单位阶跃响应图。 5. 实验报告内容（选做其中三题） 1、绘制下列各单位反馈系统开环传递函数的Bode 图和Nyquist 图，并根据其稳定裕度判断系统的稳定性。(使用subplot 指令) ) 31)(2s 1)(s 1(10)s (G 1k s +++=）（ )101)(s 1(s 10)s (G 2k s ++= ）（ ) 2.01)(s 1.01(s 10)s (G 32k s ++=）（ )101)(s 1.01(s 10)s (G 42k s ++= ）（ 2、设单位反馈系统的开环传递函数为)12s (s K )s (G 2k ++=n n w s w ξ，其中无阻尼固有频率 Wn=90rad/s ，阻尼比ξ=0.2，试确定是系统稳定的K 的范围。 3、设系统如图7-22所示,试用LTI Viewer 分析系统的稳定性,并求出系统的稳定裕度及单位阶跃响应峰值. 4、设闭环离散系统结构如图7-23所示,其中) 1(10s +=s s G ）（,1s =）（H ,绘制T=0.01s,1s 时离散系统开环传递函数的Bode 图和Nyquist 图,以及系统的单位阶跃响应曲线..
第七章 习题与答案 7-1 离散控制系统由哪些基本环节组成？ 答：离散控制系统由连续的控制对象，离散的控制器，采样器和保持器等几个环节组成。 7-2 香农采样定理的意义是什么？ 答：香农采样定理给出了采样周期的一个上限。 7-3 什么是采样或采样过程？ 答：采样或采样过程，就是抽取连续信号在离散时间瞬时值序列的过程，有时也称为离散化过程。 7-4 写出零阶保持器的传递函数，引入零阶保持器对系统开环传递函数的极点有何影响？ 答：零阶保持器的传递函数为s e s H Ts --=1)(0。零阶保持器的引入并不影响开环系统 脉冲传递函数的极点。 7-5 线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？ 答：线性离散控制系统稳定的充要条件是： 闭环系统特征方程的所有根的模1QC七大手法培训实用教程
QC七大手法培训
QC七大手法培训 QC方法是品质管理的重要方法,有新旧七大手法之分.我们比较熟悉旧的七大QC手法,即层别法、散布图法、鱼骨图（特性要因图）法、查检表法、直方图法、管制图法、柏拉图法。而新的七大手法, 即KJ 分析法、PDPC分析法、矢线分析法、矩阵数据分析法、关系图法、矩阵图法、系统图法应用就比较陌生。其实新旧七大手法都是建立在品质管理应用的基础上，通过实际的应用能帮助我们了解解决品质问题的实际方法，进而达到全面解决品质问题的目的。 解决问题的步骤: 1、发现问题； 2、了解现状； 3、原因分析； 4、临时措施/长期措施； 5、效果确认； 6、标准化； 7、 制度化；8、处理客户投诉。 QC原则： 三现七大手法三不 “三现”为现场保留、现物、现实数据（情况） “三不”为不接受不良、不制造不良、不留出不良。 一、质量管理的基本概念与原理 1、质量 质量指产品或服务，满足规定或潜有需要的特征和特性的总和。它既包括有形产品也包括无形产品；既包括产品在的特性、也包括产品外在的特性。即包括了产品的适用性和符合性的全部涵。 2、工业产品质量 工业产品质量指工业产品适合一定的用途，满足人们需要所具备的特性和特性的总和，也即是产品的适用性。它包括产品的在特性，如产品的结构、物理性能、化学成分、可靠性、精度、纯度等；也包括产品的外在特性，如形状、外观、色泽、音响、气味、包装等；还有经济特性如成本、价格、使用维修费等，以及其他方面的特性如交货期、污染公害等。工业产品的不同特性，区别了各种产品的不同用途，满足了人们的不同需要。可把各种产品的不同特性概括为：适用性、可靠性、安全性、寿命、经济性等。 3、工作质量 工作质量指对产品质量有关的工作对于产品质量保证程度。工作质量涉及到企业所有部门和人员，也就是说企业中每个科室、车间、班组，每个工作岗位都直接或间接地影响着产品质量，其中领导者的素质最为重要，起着决定性的作用，当然广大职工素质的普遍提高，是提高工作质量的基础。工作质量是提高产品质
实验八 离散控制系统分析 理解采样定理，并熟悉离散控制系统的特点；掌握离散系统的模拟方法。 一、实验目的 （1）掌握电信号的采样与恢复电路。 （2）通过本实验，加深学生对采样定理的理解。 二、实验仪器 （1）TKKL-2型控制理论电子模拟实验箱 （2）双踪超低频慢扫描示波器 （3）万用表 三 、实验原理 （1）信号的采样 采样器的作用是把连续信号变为脉冲或数字序列。如图8-1示出了一个连续信号f （t ）经采样器后变为离散信号的过程。 图8-1 信号的采样过程 图中f(t)为 被采样的连续信号，s(t)为周期性窄脉冲信号，fs(t)为采样后的离散信号，它用下式来表征： )()()(t s t f t f z = （1） 上式经富氏变换后得 ()[]∑+=z z k w j akF j F ωω)( (2) 图8-2 频谱示意图 s ω2-
式中ak 为富氏系数，k=0,1,2…， 为采样频率。由式(2)画出 )(t f 和 )(t f z 的频谱示意图，如图8-2所示。由该图可知，相邻两频谱不相重叠交叉的条件是 ，或)(2)(t z f t f ≥ (3) 这就是香农采样定理，它表示采样角频率ωs （或采样频率f s ）若能满足式(3)，则采样后的离散信号fs(t)信号就会有连续信号f （t ）的全部信息，如把fs(t)信号送至具有图8-3所示特性的理想滤波器输入端，则其输出就是原有的连续信号。 图8-3 理想滤波器 反之，若 则上图所示的频谱就会相互重叠交叉，即使用图所示的理想滤波器，也不能获得原有的 )(t f 信号。 图8-4 信号采样的实验电路图 （2）信号的恢复 为了实验对被检对象的有效控制，必须把所有的离散信号恢复为相应的连续信号。工程上常用的低通滤波器是零阶保持器，它的传递函数为： G h (s)=1-e -Ts /S （4） 或近似地表示为 G h (s)=T/1+TS （5） 式中T 为采样周期。 四.实验步骤 具有ZOH 的离散控制系统,如图8-5 所示.其中有一采样开关和零阶保持器,与一积分环节和惯性环节串联后相连接,惯性环节输出反馈到采样开关输入端. 图8-5 具有ZOH 的离散控制系统的方框图 ω(f )(t max 2ωω≥s s ωmax 2ωω . 1观察分析法概述 1.观察分析法的含义 观察分析法就是工作分析人员在工作现场.下，运用感觉器官或在其他工具(如视听器材:录像机、照相机、录音机等)的协助下，针对某些特定的作业活动，通过观察将有关工作的内容、方法、程序、设备、工作环境等信息记录下来，并在此基础上归纳分析有关的工作因素，达到分析目的的一种方法。 2.观察分析法的种类 在实际情景中观察时，可以根据观察者所处的情景特点分为自然观察和控制观察两种。自然观察是在完全自然的情景下，工作分析人员对任职者工作的观察。一般被观察者并不知道自己正处于被观察之中。如搬运工的职位，他的T作基本上是以一天为一个周期，职位分析人员可以一整天跟随着搬运工进行直接工作观察。控制观察是在限定条件下所进行的观察。例如，为了进行时间一动作分析，观察者需要系统地观察工作的操作模式。再如机场的安全检查工作，除了有正常的工作程序以外，还有很多突发事件需要处理，如盘问可疑人员、紧急事务处理等，职位分析人员可通过观察机场安检人员处理突发事件的演习过程，来收集该项工作的信息。 根据观察者和被观察者之间的关系，还可以把观察方法分为参与观察和非参与观察两种。参与观察是指观察者直接参与被观察者的活动，并在共同活动中进行观察的方法。而观察者不参与被观察者的活动，以旁观者的身份进行观察的方法称为非参与观察。 观察法一般适用于工作周期很短、工作任务单一、重复性强、易于观察的生产性工作职位。对于某些工作周期较长的工作，为了能完整地观察到员工的所有工作，必须分阶段进行观察。如筹办大型会议的工作人员，该职位的工作从会议的立项开始到会议闭幕，往往历时较长，为了能够观察到任职者的各项工作任务，必须分阶段进行观察，职位分析人员应随时进行记录，必要时可以使用录影设备，以便确保收集到的信息充分、可靠。 观察分析法的设计与运用 1.观察法的使用条件 (1)所分析的职位工作任务应相对稳定，在一定时期内，工作职责、工作内容、工作程序、工作环境不会发生明显变化。 (2)一般来说，观察分析法适用于外显特征较明显、工作标准化程度高、周期较短的岗位工作，如生产线上工人的工作、会计员的工作等。不适合心理素质的分析及工作循环周期很长的、脑力劳动的工作。 (3)工作分析人员要有丰富的实际操作经验，善于从表象中发现和提炼工作的特征。 2.观察提纲的设计 运用观察分析法，最基本的是要准备一份观察提纲。有了观察提纲，才可以做到有的放矢。在设计观察提纲时，应从工作分析的目的出发，从工作过程的各个角度提示工作分析人员如何观察，应观察哪些方面，观察的重点在哪儿。只有这样，收集的信息才会更全面、更准确。如表5-7所示。工作分析方法--观察法
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