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第6章线性离散系统的分析与校正
前面五章主要讨论了线性连续控制系统的分析与校正,本章将介绍线性离散控制系统的分析与校正。如果控制系统中有一处或几处信号是一串脉冲或数码,则这样的系统称为离散时间控制系统,简称离散系统。
基于工程实践: .
第6章线性离散系统的分析与校正
前面五章主要讨论了线性连续控制系统的分析与校正,本章将介绍线性离散控制系统的分析与校正。如果控制系统中有一处或几处信号是一串脉冲或数码,则这样的系统称为离散时间控制系统,简称离散系统。
基于工程实践的需要,作为分析与设计离散系统的基础理论,离散系统控制理论的发展非常迅速。离散系统与连续系统相比,既有本质上的不同,又有分析研究方面的相似性。利用z变换法研究离散系统,可以把连续系统中的许多概念和方法,推广应用于离散系统。
本章首先给出信号采样和保持的数学描述,然后介绍z变换理论和脉冲传递函数,最后研究线性离散系统稳定性、稳态误差、动态性能的分析与综合方法。
通常,当离散控制系统中的离散信号是脉冲序列形式时,称为采样控制系统或脉冲控制系统;而当离散系统中的离散信号是数码序列形式时,称为数字控制系统或计算机控制系统。
在理想采样及忽略量化误差情况下,数字控制系统近似于采样控制系统,将它们统称为离散系统,这使得采样控制系统与数字控制系统的分析与综合在理论上统一了起来。
根据采样器在系统中所处的位置不同,可以构成各种采样系统。用得最多的是误差采样控制的闭环采样系统,其典型结构图如图6-1所示。图中,S为采样开关,Gh(s)为保持器的传递函数,Go(s)为被控对象的传递函数,H(s)为测量元件的传递函数。
1•信号采样:如图6-1所示,在采样控制系统中,把连续信号转变为脉冲序列的过程
称为采样过程,简称采样。实现采样的装置称为采样器,或采样开关。用T表示采样周期,
单位为s。fs=1T表示采样频率,单位为1s;''s=2二fs=2鳥/T表示采样角频率,单位为rads。在实际应用中,采样开关多为电子开关,闭合时间极短,采样持续时间•远小于采样周期T,也远小于系统连续部分的最大时间常数。为了简化分析,可将采样过程理想化:
认为•趋于零,其采样瞬时的脉冲强度等于相应采样瞬时误差信号e(t)的幅值,理想采样开关输出的采样信号为脉冲序列e(t),e*(t)在时间上是断续的,而在幅值上是连续的,是离散的模拟信号。
2•信号复现:如图6-1所示,在采样控制系统中,把脉冲序列转变为连续信号的过程称为信号复现。实现复现过程的装置称为保持器。因为采样器输出的是脉冲序列e*(t),如果直接加到连续系统上,则e*(t)中的高频分量会给系统中的连续部分引入噪声,影响控制质量,严重时还会加剧机械部件的磨损,因此,需要在采样器后面串联一个保持器,以使脉冲序列e*(t)复原成连续信号,再加到系统的连续部分。最简单的保持器是零阶保持器,它将脉冲e(t)。
近年来,由于计算机科学与技术的迅速发展,以数字计算机为控制器的数字控制系统以其独特的优势在许多场合取代了模拟控制器,数字控制系统具有一系列的优