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清华控制工程基础课件-10

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控制工程基础ppt

控制工程基础ppt

第一章 概论
50年代末60年代初：现代控制理论形 成；现代控制理论以状态空间法为基础， 主要分析和研究多输入-多输出(MIMO)、 时变、非线性等系统的最优控制、最优 滤波、系统辨识、自适应控制、智能控 制等问题；控制理论研究的重点开始由 频域移到从本质上说是时域的状态空间 方法。
第一章 概论
闭环控制系统框图
第一章 概论 闭环控制系统的组成
第一章 概论
二、控制系统的基本类型 按输入量的特征分类 ➢ 恒值控制系统 系统输入量为恒定值。控制任务是保证在任何 扰动作用下系统的输出量为恒值。 如：恒温箱控制、电网电压、频率控制等。 ➢随动系统（伺服系统） 输入量的变化规律不能预先确知，其控制 要求是输出量迅速、平稳地跟随输入量的 变化，并能排除各种干扰因素的影响，准 确地复现输入信号的变化规律。 如：仿形加工系统、火炮自动瞄准系统等。
“工程控制论是关于工程技术领域各个 系统自动控制和自动调节的理论。维纳博 士40年代提示了控制论的基本思想后，不 少工程师和数学博士曾努力寻找通往这座 理论顶峰的道路，但均半途而废。工程师 偏重于实践，解决具体问题，不善于上升 到理论高度；数学家则擅长于理论分析， 却不善于从一般到个别去解决实际问题。 钱学森则集中两者优势于一身，高超地将 两只轮子装到一辆车上，碾出了工程控制 论研究的一条新途径。”
第一章 概论
快速性 输出量和输入量产生偏差时，系统消除这种偏 差的快慢程度。快速性表征系统的动态性能。 注意： ➢ 不同性质的控制系统，对稳定性、精确性 和快速性要求各有侧重。 ➢ 系统的稳定性、精确性、快速性相互制 约，应根据实际需求合理选择。
第一章 概论
1.2 控制工程的发展 公元前1400－1100年，中国、埃及和巴比 伦相继出现自动计时漏壶，人类产生了最早期 的控制思想。

控制工程基础课件及课后答案.ppt

控制工程基础课件及课后答案.ppt

小结




本章主要介绍控制系统的基本概念（控制系统、 控制器、被控对象、输入量、输出量、反馈） 控制系统的分类 基本组成（输入元件、比较元件、控制元件、 执行元件、被控对象、反馈元件） 涉及到的名词术语（输入信号、输出信号、反 馈信号、偏差信号、误差信号、扰动信号） 控制系统的基本要求


20世纪40年代，频率响应法为技术人员设计满 足性能要求的线性闭环控制系统提供了可行的 方法；20世纪40年代末到50年代初，伊凡思提 出并完善了根轨迹法。 频率响应法和根轨迹法是经典控制理论的核心。 经典控制理论主要是在复数域内利用传递函数 或是频率域内利用频率特性来研究与解决单输 入、单输出线性系统的稳定性、响应快速性与 响应准确性的问题，这也是我们这门课要着重 阐明的问题，也就是说这门课我们主要学习古 典控制理论
1.1历史回顾
第二个时期：现代控制理论时期（20世纪60年代初） 现代控制理论主要是在时域内利用状态空间来研究与解决多 输入多输出系统的最优控制问题。 第三个时期：大系统理论时期（20世纪70年代） 现代频域方法、自适应控制理论和方法、鲁棒控制方法、 预测控制方法。 第四个时期：智能控制时期 智能控制的指导思想是依据人的思维方式和处理问题的技 巧，解决那些目前需要人的智能才能解决的复杂的控制问 题。智能控制的方法包括：模糊控制、神经元网络控制、 专家控制。
1、理解控制系统中的各个物理量的含义 2、理解开环控制和闭环控制的含义 3、理解反馈的含义 4、掌握基本控制系统的组成
1.1历史回顾
控制理论发展的三个时期： 第一个时期：经典控制理论时期 （40年代末到50年代） 18世纪，瓦特为自动调节蒸汽机运转速度 设计离心式调速器，是自动控制领域的第一 项重大成果。 在控制理论发展初期，作出 过重大贡献的众多学者中有

整理版清华操纵工程基础ppt课件

整理版清华操纵工程基础ppt课件
装备一个 铸造车 间，需 要熔炼 设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
控制工程基础
（第十一章）
9/30/2020
清华大学
控制工程基础
装备一个 铸造车 间，需 要熔炼 设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
9/30/2020
控制工程基础
装备一个 铸造车 间，需 要熔炼 设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
在matlab中，用num=[b1,b2,…,bm,bm1]和 den=[a1,a2,…,an,an1] 分别表示分子和分母多项式系数，然后利 用下面的语句就可以表示这个系统
在matlab下，矩阵A和矩阵B的乘积（假定
其中A，B矩阵是可乘的）可以简单地由运
算C=A*B求出
» C=A*B
C=
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9/30/2020
控制工程基础
装备一个 铸造车 间，需 要熔炼 设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
Matlab下提供了两种文件格式： m文件， matlab函数
• M文件是普通的ascii码构成的文件，在 这样的文件中只有由matlab语言所支持 的语句，类似于dos下的批处理文件，它 的执行方式很简单，用户只需在matlab 的提示符>>下键入该m文件的文件名，这 样matlab就会自动执行该m文件中的各条 语句。它采用文本方式，编程效率高， 可读性很强。

控制工程基础PPT课件(王积伟)第一章控制系统的基本概念

控制工程基础PPT课件(王积伟)第一章控制系统的基本概念

2/4/2024
20
第一章 控制系统的基本概念
输入量 控制器
输出量 对象或过程
反馈量 测量元件
闭环控制系统框图
➢ 半闭环控制系统 特点：反馈信号通过系统内部的中间信号获得。
2/4/2024
21
第一章 控制系统的基本概念 闭环控制系统的组成
比较
给定 元件
+ 元件
_
串联校正 元件
输入信号 偏差信号
2/4/2024
31
第一章 控制系统的基本概念
准确性 控制精度，以稳态误差来衡量。 稳态误差：系统的调整（过渡）过程结束而趋 于稳定状态时，系统输出量的实际值与给定量 之间的差值。
2/4/2024
32
第一章 控制系统的基本概念
快速性 输出量和输入量产生偏差时，系统消除这种偏 差的快慢程度。快速性表征系统的动态性能。
注意：在机械、液压、气动、机电等系统中 存在着内在反馈，这种反馈无须专门 的反馈元件，是系统内部各参数相互 作用产生的，如作用力与反作用力之 间形成的直接反馈。
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23
第一章 控制系统的基本概念
➢ 比较元件 对给定信号和反馈信号进行比较，产生偏差 信号；
➢ 放大元件 对偏差信号进行放大，使之有足够的能量驱 动执行元件实现控制功能。
系统的输出不断地、直接或间接地、全部或部分 地返回，并作用于系统，即输出量的返回过程称 为反馈。返回的全部或部分输出信号称为反馈信号。
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9
第一章 控制系统的基本概念
综上所述，控制系统的工作原理： ➢检测输出量（被控制量）的实际值 ➢将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比
较得出偏差； ➢用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得

清华控制工程基础课件

清华控制工程基础课件

应用场景
广泛应用于控制系统的分析和设 计，如温度控制系统、液位控制 系统等。
描述函数分析法
定义
描述函数分析法是一种通过分析系统非线性特性的频 率响应来分析系统性能的方法。
优点
适用于分析非线性系统的频率响应特性，尤其适用于 分析非线性系统的稳定性。
应用场景
常用于分析非线性控制系统，如音频处理系统、图像 处理系统等。
控制系统的性能和稳定性决定了其能否在各种环境和条件下稳
03
定运行。
控制系统的分类
开环控制系统
输出信号只受输入信号的控制，不受受控对 象输出的影响。
线性控制系统
系统的输出与输入成正比关系，具有线性特 性。
闭环控制系统
输出信号通过反馈回路影响输入信号，形成 一个闭环。
非线性控制系统
系统的输出与输入不成正比关系，具有非线 性特性。
控制系统的性能指标
稳定性
系统在受到扰动后能否恢复到 原始状态的性能指标。
快速性
系统达到设定值的速度快慢的 性能指标。
准确性
系统达到设定值的精确度性能 指标。
抗干扰性
系统在受到外部干扰时能否保 持稳定运行的能力。
02 线性时不变系统
线性时不变系统的定义与性质
线性
系统的输出与输入成正比，比例系数为常数。
极大值原理
极大值原理是求解最优控制问题的另 一种方法，它基于微分方程和变分法 的理论。
05 控制工程应用案例
控制系统在机器人中的应用
机器人定位与导航
利用控制系统实现机器人的精确移动和避障功能， 使其能够在复杂环境中自主导航。
机械臂控制
通过控制系统对机器人机械臂进行精确控制，实 现抓取、搬运、装配等复杂操作。

控制工程基础课件PPT学习教案

控制工程基础课件PPT学习教案

解 根据电路理论中的基尔霍夫定律，可以写出
图2-2 两级RC滤波网络
第7页/共135页
控制工程基础 高职高专 ppt 课件
解 根据电路理论中的基尔霍夫定律，可以写出
第8页/共135页
控制工程基础 高职高专 ppt 课件
解 根据基尔霍夫定律，可以写出下列方程组
第9页/共135页
例3〕
2 3所示，当外力作用于系统
第62页/共135页
第63页/共135页
3)按信号流向依此连接，就得到图2-22c所示的系统结构图。
第64页/共135页
2)根据上述四式，作出它们对应的框图，如图2-23a所示。
图2-22 图2-1所示系统的结构图
第65页/共135页
2.3.3 系统结构图的等效变换 1.串联等效变换 2.并联等效变换 当系统中有两个或两个以上环节并联时，其等 效传递函数为各环节传递函数的代数和。 3.反馈联结等效变换 图2-26a所示为反馈联结的一般形式，其等 效变换的结构如图2-26b所示。 4.引出点和比较点的移动 引出点和比较点的等效移动见表2-1所 示。
图说
第39页/共135页
解 输入ω或dθ/dt，输出是u，在零初始条件下对上式进行拉氏变 换，得
图2-12 积分环节
第40页/共135页
4.惯性环节 式中 T——
解 由电压关系知
惯性环节框图如图2 13
第41页/共135页
图2-13 惯性环节框图 图2-14 比例微分环节框图
第42页/共135页
2.2.3 典型环节的传递函数
1.比例环节 2.积分环节 3.理想微分环节 4.惯性环节 5.比例微分环节 6.振荡环节 7.延迟环节 延迟环节又称纯滞后环节，其输出量与输入量变化 形式相同，但要延迟一段时间。 8.运算放大器 图2-18为运算放大器的线路图。

控制工程基础PPT课件

控制工程基础
教师：都东（清华大学机械系） 教材： 董景新《控制工程基础》 参考：胡寿松《自动控制原理》
绪芳胜彦《现代控制工程》
任课教师介绍
1962年出生。1980年进入清华大学本科学习，1985年以 本专业第一名的成绩取得学士学位，1991年取得博士学 位，并获清华大学优秀博士论文奖。
现受聘担任清华大学机械工程系教授和博士生导师，材 料加工工程与自动化研究所副所长，材料加工过程控制 学科方向责任教授，清华汽车工程开发研究院技术委员 会成员。还是中国机械工程学会高级会员，中国焊接学 会机器人及自动化专业委员会学术主任，美国IEEE会员 和SPIE会员等。
自动控制理论概述
自适应控制 • 当系统特性或元件参数变化或扰动作用很剧烈 时，能自动测量这些变化并自动改变系统结构 和参数，使系统适应环境的变化并始终保持最 优的性能指标。 • 自适应功能：自动辨识、自动判断、自动修正。 • 系统：输入信号的自适应、参数与特性的自适 应、最优自适应、自整定、自学习、自组织、 自修理……
快速性：在系统稳定的前提下，输出量与给定输入量之间 产生偏差时，消除这种偏差过程的快速程度。
准确性：亦称静态精度，是指在调整过程结束后输出量与 给定的输入量之间的偏差，即稳态误差。
自动控制理论概述
最优控制 • 要求控制系统实现对某种性能标准为最好的控制， 这种性能标准称为性能指标（目标函数）。如时 间最优控制(快速最优控制)。 • 最优控制的一般理论包括极大(小)值原理和动态 规划法。
课程学习要求
按时上课，认真听讲 亲笔手书，完成作业 参与实验，撰写报告 闭卷考试，成绩叠加
自动控制理论概述
自动控制：在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控 对象的某一物理量自动地按照预定的规律运行。

控制工程基础项目ppt课件

3、由谐振频率wr=1.41 rad/sec可得系统的响应速度较快。
4、由剪切率为1.9可得高频噪声消减的较快，系统从噪声中辨 别信号的能力较强。
返回
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LOGO
七、改变控制器及主要结构参数
改变控制器增益，取K=4000，对其进行时域频域分析
所示
1、当输入阶跃信号时，其闭环传递函数的时域分析图如下图
受控对象的开环传递函数为 Gp(s) = 1 / s(s +10 )(s + 20)
闭环传递函数为 G（s）= 1/（ s(s +10 )(s +
20)+1 当输入阶跃信号时，其闭环时域分析如下图
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LOGO 其bode图如下
6
进整由 行时上 校间图 正明可 。显知
不， 符该 合传 要递 求函 ，数 因上 此升 需时 加间 控最 制小 器调 返回
TR,,不妨取为T=0.01s。于是
由GC(S)=8000(S+11)/(s+62)可得到D(z)=C（z-A）/(z-B)
其中，A=e-11T=0.8958，B=e-62T=0.5379，
C=Ka（1-B）/b(1-
A)=6293
至此，我们最终得到了所需要的数字控制器。可以预料，该数字控制
系统具有与连续控制系统，非常相近的响应性能。
合作精神是很重要的，各个产品的开发都需要很多人倾注心血，这样才能
是企业有长远的发展。

虽然这次设计已告一段落，但是学海无涯、学无止境，这是一个结尾
，同时也只是一个开始。今后，我们会以更饱满的热情投入到今后的学习
生活中，做一个不断探索，勇于创新的大学生。
20
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控制工程基础清华大学PPT课件

第38页/共40页
本章作业（p15~16)
1-1， 1-2 选做：1-6
第39页/共40页
感谢您的观看。
第40页/共40页
第33页/共40页
•本课程讲授39学时（包括课堂讨论）， 实验9学时（另限人数开设后续实验课） •本教材主要涉及经典控制理论部分，对 现代控制理论只作简单涉及，现代控制 理论的主要内容将在研究生课程中讲授。 • 作业 • 考试
第34页/共40页
主要教材
董景新、赵长德、熊沈蜀、郭美凤
控制工程基础(第二版)
第20页/共40页
神州五号载人航天成功（中国，2003年）
第21页/共40页
勇 气 号 、 机 遇 号 火 星 探 第22页/共40页 测 器 （ 美 国 ， 2004
“作为技术科学的控制论，对工
程技术、生物和生命现象的研究和经济
科学，以及对社会研究都有深刻的意义，
比起相对论和量子论对社会的作用有过
第9页/共40页
维纳，MIT教授，曾 于1936年到清华大学任 访问教授。早期进行模 拟计算机研究，二战期 间参与火炮控制研究， 提炼出负反馈概念。
1948年，维纳所著 《控制论》的出版，标 志着这门学科的正式诞 生。
第10页/共40页
Hale Waihona Puke 控制论的奠基人 美国科学家维纳 （Wiener,N.， 1894~1964）
第14页/共40页
第一颗人造卫星（苏联，1957年）
第15页/共40页
第一颗载人飞船（苏联，1961年）
第16页/共40页
人类首次登上月球（美国，1969年）
第17页/共40页
首架航天飞机（美 第18页/共40页 国，1981年）

控制工程基础-控制系统的频率法分析(3)(控制工程基础)


24
关于奈氏稳定判据的说明（1）
由于奈氏图在为正及为负时是对称于实轴的，因 此通常仅画它的为正的部分。
对于开环稳定的系统，只要（－1，j0）不被奈氏图 所包围即可判断闭环系统是稳定的。
对于有开环右极点的系统，当仅用为正的一部分曲 线判断闭环系统的稳定性时，奈氏图逆时针包围（－ 1，j0）点的次数为P/2次。
F(s)的极点等于系统的开环极点。
2021/7/23
第十讲 控制系统频率法分析（3）
15
奈氏判据（2）－奈氏围线
为了判断F(s)在s平面上有没有右零点， 在s平面上作一条包围整个右半s平面的 封闭曲线Cs，Cs由Cs1和Cs2组成，方向 为顺时针。
Cs1为从－到＋ 的整个虚轴。 Cs2为以原点为中心，以R= 为半径的
2021/7/23
第十讲 控制系统频率法分析（3）
14
奈氏判据（1）－序
系统的开环传递函数：
m
K(s zi )
G(s)H(s)
j 1 n
(s pi )
i 1
系统的闭环特征方程：
n
m
(spi)K(szi)
F(s)1G(s)H(s)i1
n
j1
(spi)
i1
F(s)的零点等于闭环特征方程的根或闭环极点；
2021/7/23
第十讲 控制系统频率法分析（3）
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例5－闭环系统的稳定性判断（1）
单位反馈系统的开环传递函数： G(s) 10
s 1
系统有一个开环右极点。系统的开环频率特性：
G ( j ) 10 j 1
A ( ) 10 1 2
( ) arctan 1
2021/7/23
封闭曲线Cs对应。
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1
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B(q 1 ) b0 b1q 1 bm q m , m n
2013-8-7
控制工程基础
• 齐次差分方程：差分方程右端各阶差 分项的系数均为零。表征线性离散系 统在没有外界作用的情况下系统的自 由运动，反映了系统本身的固有特性。 • 非齐次差分方程：差分方程右端各阶 差分项的系数不全为零，即包含输入 作用。
稳 定 性
能 控 性
能 观 性
线性常系数 差分方程
脉冲传递 函数
定 义
迭 代 法
古 典 法
变 换 法
定 义
连 续 系 统 的 离 散 化
系 统 的 脉 冲 传 递 函 数
连 续 时 间 状 态 空 间 模 型 离 散 化
模 拟 化 设 计 方 法
基于输入输出 模型的设计方法
基于状态空间 模型的设计方法
二、线性离散系统的数学模型和分析方法
• • • • 线性离散系统的数学描述 线性差分方程的解法 z 变换 脉冲传递函数
2013-8-7
控制工程基础
▲ 线性离散系统的数学模型
对于单输入单输出的线性离散系统，其输入 输出关系可以用线性常系数差分方程描述(为 书写方便，省略周期 T )
y (k ) a1 y(k 1) an y(k n) b0u (k ) b1u (k 1) bmu (k m)

y
max
y n 2 1
min
量化误差
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控制工程基础
2013-8-7
2013-8-7
控制工程基础
• 数字调节器（运算过程e(kT ) u (k实 现。控制律可用下式描述
u (kT ) f (e(kT ), e(kT T ), )
香农（Shannon）于1949年在他的重要论文 中完全解决了这个问题。这就是著名的采样定理。
香农（C.Shannon）1916~2001,MIT 教授，被誉为信息论之父。
2013-8-7 控制工程基础
香农采样定理：如果连续信号 f (t )的傅里叶变 换F ( ) 在 ( 0 , 0 ) 以外为零，则当采样角频率 s大 于 2 0 时，此信号完全可由其等周期采样点上
一、计算机控制系统的组成 • • • • 计算机控制发展过程 计算机控制系统组成图 计算机内信号的处理和传递过程 计算机控制理论
2013-8-7
控制工程基础
▲ 计算机控制发展过程
• • • • • •
开创期 直接数字控制期 小型计算机控制期 微型计算机控制期 数字控制普遍应用期 集散型控制期
控制工程基础
1955年 1962年 1967年 1972年 1980年 1990年
2013-8-7
计算机控制系统的分类 • 按功能分：
操作指导控制系统，监督控制系统，直接数 字控制系统(DDC)等。
• 按控制规律分：
程序控制，数字PID控制，有限拍控制，极点 配置控制，复杂规律控制等。
• 按结构形式分：
集中型计算机控制系统，分散型（或分布式） 计算机控制系统等。 • 按控制方式分：开环控制，闭环控制 2013-8-7 控制工程基础
2013-8-7
控制工程基础
• 离散时间系统：若系统的输入和输出都
是离散时间信号，则称此系统为离散时 间系统。 • 离散系统理论主要指对离散时间系统进 行建模、分析、设计、仿真、实现的各 种方法研究。 包括：差分方程，Z 变换理论，离散系 统性能及稳定性分析，系统设计方法等。
2013-8-7
控制工程基础
2013-8-7 控制工程基础
• 采样控制系统中既包含连续信号，也包含采样 信号，不同的信号混合在一起，有时分析起来 会比较麻烦，在大多数情况下，只描述系统在 采样瞬间的状态就足够了。这时感兴趣的仅仅 是离散时间上的信号。
• 在采样控制系统中，如果将其中的连续环节离 散化，则整个系统便成为纯粹的离散时间系统。
控制工程基础
（第十章）
清华大学
2013-8-7 控制工程基础
计算机控制系统
10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 计算机控制系统的组成 线性离散系统的数学模型和分析方法 离散状态空间模型 线性离散系统的稳定性分析 计算机控制系统的模拟化设计方法
2013-8-7
控制工程基础
利用计算机代替常规的模拟控制器，使它 成为控制系统的一个组成部分，这种有计算机 参加控制的系统简称为计算机控制系统。 计算机控制系统是以自动控制理论与计算 机技术为基础的，目前控制系统都在向基于计 算机控制的方向发展。 计算机控制系统的控制规律是由计算机来 实现的，它可以实现常规控制方法难以实现的 更为复杂的控制规律，可以避免模拟电路实现 的许多困难。 2013-8-7 控制工程基础
2013-8-7
控制工程基础
▲ 线性差分方程的解法
1．迭代法 迭代法是指如果已知差分方程和输入 序列，并且给出输出序列的初始值，就 可以利用差分方程的迭代关系逐步计算 出所需要的输出序列。迭代法的优点是 便于计算机运算，缺点是不能得到数学 解析式。
2013-8-7
控制工程基础
例 已知差分方程 y(kT ) y(kT 2T ) u (kT ) 2u (kT T )
2013-8-7 控制工程基础
被控对象 被控对象是指所要控制的设备，实 际对象可能是这几种基本环节的串联。
2013-8-7
控制工程基础
执行器 执行器是向控制对象提供运动力的 装置，是控制系统中的重要部件。
2013-8-7
控制工程基础
测量环节 测量环节通常由传感器和测量电路组 成，它通常将被控对象的参数转换为电 的信号。
2013-8-7 控制工程基础 利用迭代法可以得到任意时刻的输出序列 y(kT ) 。
，
，
2．古典法 差分方程的古典解法步骤可归纳为： (1) 求齐次差分方程的通解 y1 (kT )； (2) 求非齐次差分方程的一个特解 y 2 (kT )； (3) 差分方程的全解为 y(kT ) y1 (kT ) y2 (kT ) ； (4) 利用n个已知的初始条件或用迭代法求出 的初始条件确定通解中的n个待定系数。
2013-8-7
控制工程基础
▲ 计算机内信号的处理和传递过程
数字调节器是以计算机为核心，加上采 样保持器、模-数转换器、数-模转换器及保 持器组成的。其硬件结构及信息传递过程如 下图所示。
2013-8-7
控制工程基础
•采样：指每隔一定的时间间隔把连续信号抽 样成采样信号的过程。 •理想采样器：理想采样器是一种数学抽象。
2013-8-7 控制工程基础
设齐次方程为
y(kT ) a1 y(kT T ) an y(kT nT ) 0
• 如果特征根各不相同（无重根），则差分方程的通 解为
y1 (kT ) A q A2 q An q Ai q
k 1 1 k 2 k n i 1
T sin j 1 e jT 2 e 2 G0 ( j ) T T j 2
• 零阶保持器的幅频特性和相频特性 sin T 2 G0 ( j ) T 2 G0 ( j ) T T 2 • 零阶保持器具有低通特性和相角滞后特性。 2013-8-7 控制工程基础
所谓线性离散系统，即表征离散系统特性的 差分方程满足叠加原理。差分方程中最高和 最低指数之差称为差分方程的阶数。
2013-8-7 控制工程基础
差分方程可写成以下紧缩算子形式。
A(q ) y(k ) B(q )u(k )
其中 1 q y(k ) y(k 1)是引入的后移算子 1 1 n A(q ) 1 a1q an q
▲ 计算机控制系统的组成图
2013-8-7
控制工程基础
• 采样时刻： 把实测信号转换成数字形式 的时刻。 • 采样周期： 两次相邻采样之间的时间， 记作 T 。最常用的是周期性 采样。 • uc (t ) 表示参考输入信号（给定信号） • y (t ) 表示系统的反馈信号 • e(t ) 表示偏差信号 • u (t ) 表示控制信号
的值所唯一确定。这时应用插值公式 sin s (t kT )
f (t )
k


f (kT )
式中， s 2 m
2 s (t kT ) 2
乃奎斯特频率
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N
s
2
控制工程基础
设连续信号 f (t ) 的频率特性为F ( j )，则采 * F * ( j ) 为 样信号 f (t ) 的频率特性
n
k i
式中，Ai i 1,2,, n ）为待定系数，q i是特征方程的 （ 根，由 y (kT )的n个初始条件确定。
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控制工程基础
• 重根的情况下，通解的形式将有所不同。假 设 q i是特征方程的l重根，那么在通解中相应于
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控制工程基础
▲ 计算机控制理论
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控制工程基础
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控制工程基础
计算机控制系统（离散系统）理论与设计
系 统 辨 识
面向计算机的数学模型 （离散时间系统描述）
离散时间系统分析
计算机控制设计方法
仿 真 、 调 整 、 实现
Z 变 换 输入输出模型 状态空间模型
自 适 应 控 制
最 少 拍 控 制
极 点 配 置 方 法
最 小 方 差 控 制
极 点 配 置 方 法
最 优 滤 波
最 优 控 制
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控制工程基础
• 计算机控制系统中包含有数字环节，即是典型 的数字控制系统，对时变非线性的数字环节进 行严格的分析十分困难。若忽略数字信号的量 化效应，则计算机控制系统可看成是采样控制 系统。 • 建立一种表达法来研究采样控制系统。首先把 执行器、被控对象用传递函数来表示，A/D 转 换器表示成一个理想的采样器，D/A转换器表 示为一个采样器后接零阶保持器的理想采样保 持电路，计算机则表示成一个能把一种冲激调 制信号变换成另一种冲激调制信号的系统，计 算机中实现的算法用 D(z )表示。