第八章采样控制系统

第八章采样控制系统§8-1 基本概念重点：采样系统的基本概念难点：离散信号与连续信号的区别连续系统：各变量均为时间t的连续函数。

离散系统：系统中某一处或几处的信号是脉冲序列或数字编码。

离散信号：仅在离散的瞬时上变化，是时间的离散函数，呈现的是脉冲信号或数码信号。

通常把系统中的离散信号是脉冲序列形成的离散系统，称为采样控制系统或脉冲控制系统；而把数字序列形成的离散系统，称为采样控制系统或计算机控制系统。

散控制系统分为：一、采样控制系统1．定义: 指间断地对系统中某些变量进行测量和控制的系统。

2．典型结构：根据采样装置在系统中所处的位置不同,可以构成各种采样系统。

例如：开环采样系统：采样器位于系统闭和回路之外，或系统本身不存在闭合回路。

闭环采样系统：采样器位于系统闭合回路之内。

常用误差采样控制的闭环采样系统。

如图，图中：r(t),e(t),y(t)为输入误差，输出的连续信号，S—采样开关或采样器，为实现采样的装置。

T—采样周期。

e﹡(t)—是e(t)连续误差信号经过采样开关后，获得的一系列离散的误差信号。

e*(t)作为脉冲控制器的输入,经控制器对信号进行处理，在经过保持器（或滤波器）恢复为连续信号。

即将脉冲信号e*(t)①采样过程：把连续信号转变为脉冲序列的过程称采样过程，简称采样。

②采样器：实现采样的装置，或采样开关。

③保持器：将采样信号转化为连续信号的装置（或元件）。

④信号复现过程：把脉冲序列--连续信号的过程。

4 .特点：采用系统中既有离散信号，又有连续信号。

采样开关接通时刻，系统处于闭环工作状态。

而在采样开关断开时刻，系统处于开环工作状态。

二．数字控制系统1．定义：系统中含有数字计算机或数字编码元件的系统，是一种以数字计算机为控制器去控制具有连续工作状态的被控对象的闭环控制系统。

2．组成系统包括工作于离散状态下的数字计算机和工作于连续状态下的被控对象两大部分。

计算机作为系统的控制器，其输入和输出只能是二进制编码的数字信号，即在时间上和幅值上都是离散信号，而系统中被控对象和测量元件的输入和输出是连续信号，故需要A/D,D/A实现两种信号的转换。

采样控制系统首先以图1所示炉温自动控制系统为例，建立采样控制系统的概念。

图中，炉子是一个带有延迟的惯性环节，且延迟时间可长达数秒甚至数十秒。

炉子的实际温度6由则温电阻测得，当炉温的实际值偏离给定值时，测温电阻的阻值发生变化，电桥失去平衙，其输出为连续变化的电压信号。

该信号使得检流计的指针发生偏转，且转角为‘(c)。

检流计为高灵敏度元件，其指针与电位计之间不能存在摩接力，所以由一套专门的同步电动机通过减速器带动凸轮转动，使指针周期性地上下运动，每隔丁秒与电位计接触一次，每次接触时间为r。

这样，当炉温连续变化时，电位计的输出为一串宽度为r，周期为了的脉冲电压信号‘’(j)，此信号经过放大器、电动机以及减速器去控制进气阀门的角度g，从而改变炉子的进气旦，使炉温的实际值趋于给定值。

图1所示系统中信号的性质有150uF 16V D很大的不同，测温电阻、炉子、电桥等的输人员和输出量为时间和幅值均连续的时间信号，称为连续时间信号(或连续信号)．电位器的输出量是脉冲序列，即时间上离散而幅值上连续的信号，称为模拟离散信号，这类信号仅定义在离散时间上，而在时间间隔内没有意义。

将连续信号转换为脉冲序列的过程称为采样过程，实现采样的装置称为采样开关(或采样器)。

相反地，将脉冲序列转换为连续信号的过程称为信号的复现过程，实现复现过程的装置称为保持器。

控制系统中的所有信号都是时间变量的连续函数时，这样的控制系统称为连续时间系统或连续系统。

而像图1这样，至少有一处信号是脉冲序列的控制系统称为采样控制系统(或脉冲控制系统)，简称采样系统。

为了实现连续信号和脉冲序列在系统中的相互传递与转换，连续信号与脉冲序列之间要用采样开关，而脉冲序列与连续信号之间要用保持器。

采样开关和保持器是采样控制系统中的两个非常重要的特殊环节根据采样开关在系统中所处位置的不同，可以构成各种不同的采样系统。

图2是采样系统的一种典型结构图。

图中，采钽电容样开关位于系统闭合回路之内，并且是对误差信号f(2)进行采样，这种采样系统也称为按误差采样的闭环采样系统。

采样控制系统的分析1. 引言采样控制系统是现代自动控制系统中的一个重要组成部分。

它通过对被控对象进行采样和控制操作，实现对系统动态特性的精确控制。

本文将对采样控制系统进行深入分析，包括系统的基本原理、特点以及应用。

2. 采样控制系统的基本原理采样控制系统是基于采样周期的自动控制系统，其基本原理是通过周期性采样对被控对象的状态进行测量，并根据测量结果进行控制操作。

采样系统由采样器、控制器和执行器组成。

2.1 采样器采样器是采样控制系统中用于对被控对象进行采样的部件。

它包括传感器和采样信号处理器两部分。

传感器将被控对象的状态转换为电信号，而采样信号处理器则对传感器输出的信号进行采样和处理，获得被控对象在每个采样周期内的状态。

2.2 控制器控制器是采样控制系统中用于根据采样结果进行控制操作的部件。

它根据被控对象的状态和目标控制要求，计算并输出控制信号。

常见的控制器包括比例-积分-微分（PID）控制器、模糊控制器等。

2.3 执行器执行器是采样控制系统中用于执行控制操作的部件。

它接收控制信号并将其转换为对被控对象的操作，实现对被控对象状态的调节。

常见的执行器包括电动执行器、气动执行器等。

3. 采样控制系统的特点采样控制系统具有以下特点：3.1 时变性由于采样控制系统是周期性的，它对被控对象的控制是离散的。

这使得系统在不断变化的环境和外界干扰下，能够对被控对象的状态进行实时调节。

3.2 数字化采样控制系统使用数字技术对被控对象进行采样和控制，使得系统具有较高的精度和稳定性。

此外，数字化还使得系统易于实现自动化和远程控制。

3.3 离散性采样控制系统是离散系统，它通过周期性采样和控制操作来实现对被控对象的控制。

这种离散性使得系统具有一定的响应速度和抗干扰能力，但也会对系统的控制性能产生一定影响。

4. 采样控制系统的应用采样控制系统广泛应用于工业自动化、航空航天、电力系统等领域。

4.1 工业自动化在工业自动化中，采样控制系统用于对机械设备、生产线等进行控制。