采样控制系统

采样周期对控制系统稳定性的影响采样周期对控制系统稳定性的影响采样周期是指控制系统中每个采样周期内进行一次测量和控制操作的时间间隔。

控制系统的稳定性是指系统在受到外部干扰或系统参数变化时，能够保持输出稳定在期望值附近的能力。

采样周期对控制系统的稳定性有着重要的影响，下面将逐步分析其影响因素。

1. 采样周期与系统动态响应：采样周期的长度会直接影响控制系统的动态响应。

较长的采样周期会导致系统响应迟缓，反馈控制信号的延迟较大，可能会引起系统的超调和振荡。

相反，较短的采样周期能够更快地控制系统响应，减小超调和振荡的可能性。

2. 采样周期与采样误差：采样过程中可能会引入采样误差，即由于测量和模拟过程的离散性而引起的误差。

采样周期越短，采样误差就越小。

因此，较短的采样周期有利于提高控制系统的精确度和稳定性。

3. 采样周期与信号截断：在控制系统中，如果采样周期过长，可能会导致对控制信号的截断。

即使在采样周期内，控制信号的变化可能也无法完整地表示出来。

这种截断会引起控制系统的不稳定行为，可能导致系统振荡或失稳。

4. 采样周期与采样频率：采样周期和采样频率是对采样过程的不同描述。

采样周期是指采样点之间的时间间隔，而采样频率是指在单位时间内进行采样的次数。

较高的采样频率意味着较短的采样周期，可以提高控制系统的稳定性和性能。

5. 采样周期与系统带宽：控制系统的带宽是指系统能够有效响应输入信号的频率范围。

较短的采样周期可以增加系统的带宽，提高系统对高频输入信号的响应能力。

然而，过短的采样周期可能会引起采样噪声和混叠效应，从而降低系统的稳定性。

综上所述，采样周期对控制系统的稳定性有着重要的影响。

较短的采样周期可以提高系统的响应速度、精确度和稳定性，但也可能引入额外的采样误差和噪声。

控制系统设计时需要根据实际需求和系统特性选择合适的采样周期，以达到最佳的控制性能和稳定性。

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。

东南大学自动控制实验室之吉白夕凡创作实 验 报 告课程名称：热工过程自动控制原理实验名称：采样控制系统的阐发院（系）：能源与环境学院专业：热能动力姓名：范永学学号： 03013409实验室：实验组别：同组人员：实验时间： 2015.12.15评定成绩：审阅教师：实验八采样控制系统的阐发一、实验目的1. 熟悉并掌握Simulink 的使用；2. 通过本实验进一步理解香农定理和零阶坚持器ZOH 的原理及其实现办法；3. 研究开环增益K 和采样周期T 的变更对系统动态性能的影响；二、实验原理1. 采样定理图2-1为信号的采样与恢复的方框图,图中X(t)是t 的连续信号,经采样开关采样后,变成离散信号)(*t x .图2-1 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)能不失真地恢恢复有的连续信号X(t),其充分条件为：式中S ω为采样的角频率,max ω为连续信号的最高角频率.由于T S πω2=,因而式可为T 为采样周期.2. 采样控制系统性能的研究图2-2为二阶采样控制系统的方块图.图2-2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 平面上以坐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.由图2-2所示系统的开环脉冲传递函数为：闭环脉冲传递函数为：按照上式,按照朱利判据可判别该采样控制系统否稳定,并可用迭代法求出该系统的阶跃输出响应.三、实验设备：装有Matlab 软件的PC 机一台四、实验内容1. 使用Simulink 仿真采样控制系统2. 辨别改动系统的开环增益K 和采样周期TS,研究它们对系统动态性能及稳态精度的影响.五、实验步调5-1. 验证香农采样定理利用Simulink 搭建如下对象,如图2-3.图2-3设定正弦波的输入角频率w = 5,选择采样时间T 辨别为0.01s 、0.1s 和1s,不雅察输入输出波形,并结合香农定理说明原因,感兴趣的同学可以自选正弦波频率和采样时间T 的值..5-2.采样系统的动态特性利用Simulink 搭建如下二阶系统对象,如图2-4.当系统的增益K=10,采样周期T 辨别取为0.003s,0.03s,0.3s 进行仿真实验.更改增益K的值,令K=20,重复实验一次.感兴趣的同学可以自己设定采样时间以及增益K的值,要求能够说明系统的动态特性即可.系统对象simulink仿真图：图2-4六、实验数据及阐发5-1. 验证香农采样定理Simulink所搭建对象,如上面图2-3所示.1正弦波的输入角频率w = 5,采样时间T为0.01s时,输入输出波形为由香农定理推导得,=5=0.628,此时T=0.01<0.628,由采样图可知,能够完全复现原有连续信号.2正弦波的输入角频率w = 5,采样时间T为0.1s时,输入输出波形为由香农定理推导得,=5=0.628,此时T=0.1<0.628,由采样图可知,虽然不克不及够完全复现原有连续信号,但已能够大致复现.3正弦波的输入角频率w = 5,采样时间T为1s时,输入输出波形为由香农定理推导得,=5=0.628,此时T=1>0.628,由采样图可知,完全不克不及复现原有连续信号.5-2.采样系统的动态特性系统的增益K=10时,系统对象simulink仿真图如上面图2-4所示.当系统的增益K=10,采样周期T取为0.003s时此时由于采样周期小,频率高,输入输出曲线几乎重合.当系统的增益K=10,采样周期T取为0.03s时此时由于采样周期变大,频率变小,采样器的负作用变大,减低了系统的稳定性裕量,动摇相对于理想值变大,但此时系统依旧稳定.当系统的增益K=10,采样周期T取为0.3s时此时由于采样周期很大,频率很小,使系统出现不稳定的现象.系统的增益K=20时,系统对象simulink仿真图：当系统的增益K=20,采样周期T取为0.003s时两曲线基天性够重合.当系统的增益K=20,采样周期T取为0.03s时与K=10时相比,偏差已经较为明显,采样图线需要经过很长时间才干趋于稳定.当系统的增益K=20,采样周期T取为0.3s时与K=10时相比,采样图线振荡更加剧烈.七、思考题1.采样周期T的变更对系统性能的影响？对于有采样器和坚持器的反应系统,如果采样周期很短,采样系统就很接近于连续系统,加大采样周期而不改动系统的整定参数必定会降低系统的稳定性裕量,甚至使系统变成不稳定.但是过分地缩短采样周期会受到实际设备的限制,并且也失去了采样控制系统的优点.2.为什么离散后的二阶系统在K大到某一值会产生不稳定？连续二阶线性定常系统,不管开环增益K多大,闭环系统均是稳定的,在加入采样器和零阶坚持器后,随着开环增益增大,系统稳定性也会变更.。

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。

YQ-FC型采样反吹控制系统操作使用手册锦州华冠环境科技实业公司YQ-FC型采样反吹控制系统能够产生一定压力和流量的仪用压缩空气对采样探头反吹、一路皮托管（或其他仪表）反吹，清洗采样探头过滤器，疏通皮托管插入烟道中全压取样管，防止采样探头过滤器、皮托管取样管堵塞。

一、结构特点1、结构：YQ-FC由空压机、空压机定时排水阀、欠压报警开关、气水分离器等组成。

图1YQ-FC采样反吹控制系统气路图2、主要特点：1）空压机采用无油式，免维护。

2）空压机储罐排水定时自动控制。

3）设有欠压报警。

二、主要技术数据1、压缩空气：压力 0.5～0.7MPa，排气量100 l/min2、欠压报警值： 0.165MPa3、供电电压：220VAC/50Hz 负载：最大1200W4、环境温度： +5～45℃5、防护等级： IP45四、安装五、启动1、启动采样反吹控制系统电源取自监测室内电源控制箱，接通电源后，合上总电源开关空压机开始工作，空压机压力控制在0.6MPa。

2、设置1）空压机储罐定时排水由安装在烟气采集控制柜内的PLC控制，排水时间出厂设置每天23：59排水一次，30秒/次。

2）欠压报警压力为0.165MPa，当空压机压力低于设定的压力值时，压力开关输出一开关信号给烟气采集控制系统。

六、维护保养与故障维修1、维护保养A、每周拉动空压机上安全阀之拉环以确定功能是否正常，检查压力开关之功能是否正常，设定压力是否在0.6Mpa规定内。

B、每月检查所有空气管路系统是否有泄露，检查各部件螺丝或螺母是否有松动现象2、故障维修。

采样控制原理的应用介绍采样控制原理是指在电子系统中，通过对输入信号进行采样，然后根据采样结果来控制系统的运行。

采样控制原理广泛应用于各个领域，如通信系统、自动控制系统、图像处理等。

本文将介绍采样控制原理的应用以及其中的一些重要概念。

采样控制原理采样控制原理是将连续时间的信号转换为离散时间的信号，并通过对离散时间信号进行处理来控制系统的运行。

采样是指按照一定的时间间隔对连续时间信号进行采集，得到离散时间信号。

控制是指通过对离散时间信号进行处理，来改变系统的运行状态。

采样控制原理的应用采样控制原理在各个领域都有着广泛的应用，下面将介绍一些典型的应用场景。

通信系统在通信系统中，采样控制原理被广泛应用于信号的调制和解调过程中。

调制是指将要传输的信号转换成载波信号的一种方法，解调是指将已调制的信号还原为原始信号的一种方法。

采样控制原理通过对要传输的信号进行采样，然后对采样结果进行调制或解调，从而实现信号的传输。

自动控制系统在自动控制系统中，采样控制原理被广泛应用于对系统状态的监测和控制过程中。

系统状态是指系统在运行过程中的各种参数和状态信息。

采样控制原理通过对系统状态进行采样，然后根据采样结果来调整系统的控制参数，从而实现对系统的监测和控制。

图像处理在图像处理领域，采样控制原理被广泛应用于图像的获取和处理过程中。

图像是由像素点组成的二维数组，采样控制原理通过对图像进行采样，然后对采样结果进行处理，从而实现对图像的获取和处理。

例如，对图像进行噪声去除、边缘检测、图像增强等操作都是基于采样控制原理。

音频处理在音频处理领域，采样控制原理被广泛应用于音频信号的采集和处理过程中。

音频信号是连续时间的声音信号，采样控制原理通过对音频信号进行采样，然后对采样结果进行处理，从而实现对音频信号的采集和处理。

例如，对音频信号进行降噪、音质增强、混响效果等操作都是基于采样控制原理。

采样控制原理的重要概念在采样控制原理中，还有一些重要的概念需要了解。