采样控制系统PPT学习教案.pptx

采样控制系统是自动化领域中的一种重要技术，主要应用于数字控制系统，尤其在现代工业自动化和信号处理中占有核心地位。采样控制系统将连续时间信号转换为离散时间信号，然后通过数字处理来实现控制功能，最后再将离散信号转换回连续信号作用于物理系统。 在采样控制系统中，连续的误差信号e经过采样开关变为一系列脉冲序列，这一过程称为采样。采样信号是由模拟信号在特定时间间隔T内进行采样得到的离散脉冲序列。脉冲控制器对这些采样脉冲进行运算，产生控制信号脉冲序列u，然后通过保持器（如零阶保持器）将采样信号转换回模拟信号，作用于被控对象。 采样过程的数学表达可以通过拉普拉斯变换或者Z变换来描述。在采样过程中，采样周期T的选择至关重要，这涉及到采样定理。根据奈奎斯特定理，采样周期T必须满足2Ts >= ω_max，其中ω_max是连续信号的最大频率成分，以防止信号的频谱重叠，确保离散信号能无失真地恢复原始连续信号。 零阶保持器是采样控制系统中常见的设备，它按照恒值规律保持前一个采样时刻的值直到下一个采样时刻。其传递函数可以通过单位脉冲响应的拉普拉斯变换得到，对于零阶保持器，单位脉冲响应是一个宽度为T的矩形脉冲。 Z变换是分析离散时间系统的重要工具，它与拉普拉斯变换类似，但仅关注采样时刻的特性。Z变换的定义为离散函数乘以z的n次幂的级数，其逆变换可以用于从Z域回到时间域。终值定理则提供了一种从Z变换计算离散信号长期稳定状态的方法，而留数计算法则可以用来求解函数的Z变换，尤其是当已知其拉普拉斯变换时。 采样控制系统结合了离散时间和连续时间控制理论，实现了数字设备对模拟环境的精确控制。理解采样过程、采样定理、保持器的原理以及Z变换的应用，对于设计和分析这类系统至关重要。在实际工程中，合理地选择采样周期、设计合适的控制算法和保持器，可以有效地保证系统的稳定性和性能。