北京科技大学：《自动控制理论》课程教学资源（PPT课件）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）

京升我么学 第八章线性高散控制系统 Linear Discrete-Time Control Systems 采样控制系统 (Sampled-Data Control Systems) 2023/7/24 北科大信息工程学院自动化 7

2023/7/24 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

8.1采样控制 8.2采样过程和采样定理 8.3信号恢复 8.4Z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 8.9离散系统的状态空间描述 2023/7/24 北科大信息工程学院自动化 2

2023/7/24 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 8.9 离散系统的状态空间描述

愈块充升技名学 ■自动控制系统按信号形红式划分可分为以 下三种类型： 口连续控制系统，见图(a) 口采样控制系统，见图(b) 口数字控制系统，见图(c) x() e(1) u(t) xe(t) D(s) W(s) 图(a) 2023/7/24 北科大信息工程学院自动化 3

2023/7/24 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）

愈牡充升拉名学 xr(t) e(t) u*(t) u(1) xc(f) D(z) ZOH W(s) e*(t) 图(b) e(1) e*(R) *(k) u(1) Xc(t) A/D D(z) D/A W(s) 图(c) 20237124 北科大信息工程学院自动化 4

2023/7/24 北科大 信息工程学院 自动化 4 图（c） 图（b）

额出京升热么学 Ln-onsityc ■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。 2023/7/24 北科大信息工程学院自动化 5

2023/7/24 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

牡充升我么学 8.1采样控制 一个典型的采样控制系统如图： 脉冲 u 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 脉冲控制器对巳进行某种运算，产生控制信号脉冲序列，保 持器将采样信号u变成模拟信号u,作用于被控对象G(S)。 2023/7/24 北科大信息工程学院自动化 6

2023/7/24 北科大 信息工程学院 自动化 6 8.1 采样控制  G(S) C ＋ − r e T e * u * 脉冲 控制器 保持器 u 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) 图8-1 采样控制系统

模拟信号一 在时间上连续，且在幅值上连续（导数连续）的 信号。 采样信号一又称离散信号，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。 采样系统的个性一 采样过程和采样信号保持 采样系统和连续系统的共性一（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。 2023/7/24 北科大信息工程学院自动化 7

2023/7/24 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。 采样系统的个性——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

愈块充升技名学 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 2023/7/24 北科大信息工程学院自动化 8

2023/7/24 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

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￡<<T,且￡远小于G(S)中的 时间常数，可近似认为8→0 。 2023/7/24 北科大信息工程学院自动化 9

2023/7/24 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 ⑩入一ed) （t) δ，(t) 载波信号 载波器 t 脉冲调制器 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 e(t) 冲序列，采样信号在 nT(n=0,1,2.)时刻的值由 t e(决定。 T 2T 图8-2采样过程示意图 2023/7/24 北科大信息工程学院自动化 10

2023/7/24 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 (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8-2 采样过程示意图