北京科技大学：《自动控制原理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第八章 线性离散控制系统 Linear Discrete-Time Control Systems（采样控制系统 Sampled-Data Control Systems）

a 第八章载健高做制统 Linear discrete- Time Control Systems 采样控制系统 (Sampled-Data Control Systems) 2021214 北科大信息工程学院自动化

2021/2/4 北科大 信息工程学院 自动化 1 采样控制系统 （Sampled-Data Control Systems） 第八章 线性离散控制系统 Linear Discrete-Time Control Systems

a 81采样控制 8.2采样过程和采样定理 83信号恢复 84Z变换理论及线性差分方程求解 8.5脉冲传递函数 8.6采样系统的稳定性分析 8.7采样系统的稳态误差 8.8采样系统的暂态特性分析 2021214 北科大信息工程学院自动化

2021/2/4 北科大 信息工程学院 自动化 2 8.1 采样控制 8.2 采样过程和采样定理 8.3 信号恢复 8.4 Z变换理论及线性差分方程求解 8.5 脉冲传递函数 8.6 采样系统的稳定性分析 8.7 采样系统的稳态误差 8.8 采样系统的暂态特性分析

a 自动控制系统按信号形式划分可分为以 下三种类型: 口连续控制系统,见图(a 采样控制系统,见图(b) 口数字控制系统,见图(c) rr(t e(t) u(t) xe(t) D(S) w(s) 图(a) 2021214 北科大信息工程学院自动化

2021/2/4 北科大 信息工程学院 自动化 3 ◼ 自动控制系统按信号形式划分可分为以 下三种类型： 连续控制系统，见图（a） 采样控制系统，见图（b） 数字控制系统，见图（c） 图（a）

e(t) u"(t) u(t xc(t) D(z) ZOH 图(b) e"(k l!"(k u(1) xc(t) D(z) D/A W( 图(c) 2021214 北科大信息工程学院自动化

2021/2/4 北科大 信息工程学院 自动化 4 图（c） 图（b）

a 采样系统的特点 口在连续系统中的一处或几处设置采样开关, 对被控对象进行断续控制 口通常采样周期远小于被控对象的时间常 口采样开关合上的时间远小于断开的时间; 口采样周期通常是相同的。 2021214 北科大信息工程学院自动化

2021/2/4 北科大 信息工程学院 自动化 5 ◼ 采样系统的特点 在连续系统中的一处或几处设置采样开关， 对被控对象进行断续控制； 通常采样周期远小于被控对象的时间常； 采样开关合上的时间远小于断开的时间； 采样周期通常是相同的

a 81采样控制 个典型的采样控制系统如图 e>「脉冲Ll 控制器 保持器 G(S) 图8-1采样控制系统 e是连续的误差信号,经采样开关后,变成一组脉冲序列e, 脉冲控制器对e进行某种运算,产生控制信号脉冲序列,保 持器将采样信号变成模拟信号u,作用于被控对象G(S)。 2021214 北科大信息工程学院自动化

2021/2/4 北科大 信息工程学院 自动化 6 8.1 采样控制 一个典型的采样控制系统如图： e是连续的误差信号，经采样开关后，变成一组脉冲序列 ， 脉冲控制器对 进行某种运算，产生控制信号脉冲序列 ，保 持器将采样信号 变成模拟信号 u ，作用于被控对象 。 e * e * u * u * G(S)  G(S) C ＋ − r e T e * u * 脉冲 控制器 保持器 u 图8-1 采样控制系统

模拟信号—在时间上连续,且在幅值上连续(导数连续)的 信号。 采样信号——又称离散信号,按一定的时间间隔对模拟信号进 行采样得到的在时间上离散的一系列脉冲。 采样控制系统和连续控制系统的区别:在连续系统中,眢处的 信号都是模拟信号;在采样系统中,一处或数处的信号是采样 信号。 采样系统的特性——采样过程和采样信号保持 采样系统和连续系统的共性——(1)闭环控制;(2)需分析 稳定性、暂态性能和稳态性能;(3)需进行校正。 2021214 北科大信息工程学院自动化

2021/2/4 北科大 信息工程学院 自动化 7 模拟信号——在时间上连续，且在幅值上连续（导数连续）的 信号。 采样信号——又称离散信号，按一定的时间间隔对模拟信号进 行采样得到的在时间上离散的一系列脉冲。 采样控制系统和连续控制系统的区别：在连续系统中，各处的 信号都是模拟信号；在采样系统中，一处或数处的信号是采样 信号。 采样系统的特性——采样过程和采样信号保持 采样系统和连续系统的共性——（1）闭环控制；（2）需分析 稳定性、暂态性能和稳态性能；（3）需进行校正

82采样过程和采样定理 采样过程 二、采样过程的数学表达式 2021214 北科大信息工程学院自动化

2021/2/4 北科大 信息工程学院 自动化 8 8.2 采样过程和采样定理 一、采样过程 二、采样过程的数学表达式

、采样过程 按一定的时间间隔对连续信号采样,将连续信号转换为脉 冲序列的过程,称为采样过程。采样开关是用来实现采样过程 的装置。 采样开关按周期T闭合,T称为采样周期。每次闭合时间 为E,由于在实际中总有E0 2021214 北科大信息工程学院自动化

2021/2/4 北科大 信息工程学院 自动化 9 一、采样过程 按一定的时间间隔对连续信号采样，将连续信号转换为脉 冲序列的过程，称为采样过程。采样开关是用来实现采样过程 的装置。 采样开关按周期T闭合，T称为采样周期。每次闭合时间 为 ，由于在实际中总有 ，且 远小于 中的 时间常数，可近似认为 。    T  G(S)  →0

采样过程可用图表示 e 6()载波信号 载波器 t e() 已 脉冲调制器 e(t) 采样信号(是e()和8(t) 决定采样时刻,它是周期为172 0 t 的乘积,其中载波信号(t 的单位脉冲序列,采样信号 在nT(n=01,2.)时刻的值 由e(t)决定。 0 T 2T 图2-2采样过程示意图 2021214 北科大信息工程学院自动化

2021/2/4 北科大 信息工程学院 自动化 10 采样过程可用图表示 采样信号 是 和 的乘积，其中载波信号 决定采样时刻，它是周期为T 的单位脉冲序列，采样信号 在nT(n=0,1,2…)时刻的值 由 决定。 ( ) e(t) * e t (t)   (t)  e(t) 0 t e(t) 0 t e(t) t 0 e(t) 1 T 2T T 2T 载波器 脉冲调制器 e (t) * e(t) (t)   载波信号 e (t) * e(t) T 图2-2 采样过程示意图