２０６ ２００７，４３（１０） Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用
基于快速输出采样反馈的网络控制系统滑模控制
郭西进 ．王 贞
ＧＵＯ Ｘｉ－ｊｉｎ’，ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎ
１．中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州２２１００８
２．青岛大学自动化工程学院，山东青岛２６６０７１
１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ，Ｊｉａｎｇｓｕ ２２１００８，Ｃｈｉｎａ ２．ＣｏＨｅｇｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２６６０７ １，Ｃｈｉｎａ
Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｊｇｕｏ＠ｅｕｍｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
ＧＵＯ Ｘｉ－ｊｉｎ，ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎ．ＳＨｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｓｉｎｇ ｆａｓｔ ｏｕｔｐｕｔ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｆｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ．
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００７，４３（１０）：２０６—２０９．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｅｗ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙｓ ｉｎ ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ
ｓｙｓｔｅｍｓ．Ａ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｍｏｄｅ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｔｉｍｅ－ｉｎｖａｒｉａｎｔ ｐｌａｎｔ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ｆａｓｔ ｏｕｔｐｕｔ ｓａｍｐｌｉｎｇ．Ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅ，ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｐｌａｎｅ ａｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ ｐｏｌｅ ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ．ａｎｄ ａ ｎｅｗ ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｏｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｗ ｕｓｉｎｇ
计算机控制系统中采样周期的确定
典型的计算机控制系统的结构如图2-2-1所示，计算机只能接受、处理数字信号，其输出也是数字量。因此，一方面从现场检测的连续信号必须经过采样、A/D转换等量化处理变换为数字信号，才能由计算机进行控制运算或其他处理；另一方面，计算机输出的离散数字量也必须经过D/A转换器和保持器形成连续信号，才能控制需要连续输入的被控对象。
其中，r(t)为输入信号；e(t)为误差信号；u(t)为控制信号；y(t)为输出状态信号； e*(t)为采样后误差模拟信号（离散）；e(kT)为采样后误差数字信号；u*(t)为离散的控制模拟信号；u(kT)为控制数字信号。
采样器、保持器和数字控制器的结构形式和控制规律决定系统动态特性，是研究的主要对象。控制系统的稳态控制精度由A/D、D/A转换器的分辨率决定。这说明A/D和D/A转换器只影响系统的稳态控制精度，而不影响动态指标。为了突出重点，这里只讨论影响系统动态特性的基本问题。为了便于数学上的分析和综合，在分析和设计计算机控制系统时，常常假定A/D、D/A转换器的精度足够高，使量化误差可以忽略，于是A/D、D/A只存在于物理上的意义而无数学上的意义，即数字信号与采样信号e(kT)与 e*tu(kT)与 u*(t)是等价的。图1.10可进一步简化为如图2-2-2所示。
2.2.1.1 信号的采样过程
在计算机控制系统中，信号是以脉冲序列或数字序列的方式传递的，把连续信号变成数字序列的过程叫做采样过程，实现采样的装置叫做采样开关。
计算机对某个随时间变化的模拟量进行采样，是利用定时器控制的开关，每隔一定时间使开关闭合而完成一次采样。开关重复闭合的时间间隔T为采样周期。所谓采样过程是指：将一个连续的输入信号，经开关采样后，转变为发生在采样开关闭合瞬时刻0，T，2T,...,nT的一连串脉冲输出信号。采样过程的原理如图2-2-3所示。
２００８，４４（２７） Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｗ￣ｉｏｗ计算机工程与应用
变采样网络控制系统的鲁棒控制
薛 燕，刘 克
ＸＵＥ Ｙａｎ，ＬＩＵ Ｋｅ
北京科技大学信息工程学院，北京１０００８３ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｕｅｙａｎ＿ｘｕｅｙａｎ＠１６３．ｃｏｒｎ
ＸＵＥ Ｙａｎ，ＬＩＵ Ｋｅ・Ｒｏｂｕｓｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｖａｒｉａｂｌｅ—ｓａｍｐｌｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， ２００８．４４（２７）：２４０—２４４．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｆｏｒ ｌｉｎｅａｒ ｔｉｍｅ－ｉｎｖａｒｉａｎｔ ｎｏｒｍａｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｐｌａｎｔ，ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｓｓｕｍｐｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ａｃｔｕａｔｏｒ ａｄｏｐｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｖｅｎｔ—ｔｉｍｅ ｄｒｉｖｅｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａ ｖａｒｉａｂｌｅ－ｓａｍｐｌｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｎｅｔｗｏｒｋ—ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｅｌａｙ ｔｉｍｅ ｉｓ ｕｎｃｅｒｔａｉｎ．ｉｔ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｏｒ ｅｑｕａｌｓ ｔｏ ａ ｖａｒｉａｂｌｅ—ｓａｍｐｌｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄ．Ｂａｓｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｏｕｔｐｕｔ￣ｅｄｂａｃｋ ｔｈｅ ｖａｒｉａｂｌｅ—ｓａｍｐｌｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｍｏｄｅｌｅｄ．Ｍａｋｉｎｇ ｕｓｅｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｙａｐｕｎｏｖ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｌｉｎｅａｒ ｍａｔｒｉｘ ｉｎｅｑｕａｌｉｔｙ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｒｏｂｕｓｔ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏｂｕｓｔ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｒｏｂｕｓｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｗ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ Ｄｒｅ． ｓｅｎｔｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ。ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｉＳ ｇｉｖｅｎ ｔｏ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｖａｒｉａｂｌｅ—ｓａｍｐｌｉｎｇ；ｅｖｅｎｔ—ｔｉｍｅ ｄｒｉｖｅｎ；ｒｏｂｕｓｔ ｃｏｎｔｒｏｌ
自动控制原理实验报告
电气信息工程学院 第 1 页 共 6 页 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=T2，因而式①可改写为
T≤max …………………………②
T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。
自动控制原理实验报告
电气信息工程学院 第 2 页 共 6 页 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。
