计算机控制系统：第3章 计算机控制技术2.ppt

计算机控制系统是现代工业生产中的重要组成部分，涉及到自动化设备和过程的精确管理。第三章主要讨论了计算机控制技术，特别是关于零极点分布与系统动态响应的关系以及如何进行数字控制器的连续化设计。 在分析线性系统的稳定性时，对于时间连续系统，我们关注的是特征根是否位于S平面的左半部分。如果所有特征根都在S平面的左半平面，系统则是稳定的。而对于时间离散系统，我们需要在Z平面上考虑特征根的分布，以判断系统的稳定性。关键在于理解和建立S平面与Z平面之间的映射关系。 离散系统极点分布对稳定性的影响至关重要。如果极点位于Z单位圆内，系统是稳定的；位于单位圆外则系统不稳定；极点位于单位圆上则系统处于临界稳定状态。极点的位置直接影响着系统的暂态响应。例如，当极点在单位圆内的正实轴上时，响应会单调收敛；而在单位圆内的负实轴上时，响应可能呈现正负交替的振荡收敛。对于单位圆外的实根，响应会发散。共轭复数极点会产生振荡，具体是衰减还是发散取决于极点的位置。 数字控制器的设计通常采用连续化的方法。在连续域设计控制器D(s)，然后选择合适的采样周期，接着使用离散化方法（如数值积分法、零极点匹配法、保持器等效法、z变换法、前向差分法、后向差分法或双线性变换法）将D(s)转换为D(z)。这一过程中，需确保离散化后的控制器尽可能保留原连续控制器的性能。将D(z)转化为数字算法并在计算机上实现，并通过数字仿真验证其性能。如果不满足指标要求，可以通过调整离散化方法、提高采样频率或修改连续域设计来改进。 设计控制器时，通常会关注一系列性能指标，如零极点个数、系统的频带宽度、稳态增益、相位和幅值裕度、阶跃响应或脉冲响应的形状以及频率响应特性。这些指标帮助我们评估和优化系统的动态行为，确保在实际应用中能够达到预期的控制效果。 计算机控制系统的核心是理解并利用零极点分布来分析和设计控制器，以实现稳定且高性能的控制。离散化是将连续控制理论应用于实际数字控制系统的关键步骤，通过各种离散化方法可以将连续控制器转化为适合计算机实现的形式。