计算机控制系统：第4章 计算机控制系统分析2.ppt

计算机控制系统是现代工业生产与自动化领域中的核心技术，它结合了计算机技术、自动控制理论和通信技术，用于实现对物理过程的高效控制。本章主要讨论的是计算机控制系统的分析，特别是针对离散系统的稳定性、稳态误差和动态过程的分析。 在计算机控制系统分析中，z平面是一个关键的概念，它是用来描述离散时间信号特性的数学工具。z变换是将离散时间信号转换到z域的过程，类似于连续时间信号的拉普拉斯变换。在z平面上，系统的稳定性可以通过分析特征根的位置来判断。如果闭环系统的特征根全部位于单位圆内，那么该离散系统被认为是稳定的，类似于连续系统中特征根位于s平面的左半平面。 稳定性分析是控制系统设计的核心部分。对于离散系统，Routh判据是一种常用的稳定性测试方法。通过W变换，将z域的系统函数转化为w域，然后应用Routh稳定判据。如果Routh表的第一列元素全部为正，那么系统是稳定的；如果有负值，系统不稳定，负值的改变次数对应着特征根在右半平面的数量。在处理W变换后Routh表中出现特殊情况进行稳定性判断时，可能需要引入正数ε或通过乘以(s+a)的方式调整特征方程。 此外，稳定性对于任何控制系统都是最基本的要求。不稳定的系统不仅无法达到预期的控制效果，还可能导致设备损坏或生产过程的危险。在采样控制系统中，采样周期的选择对稳定性有直接影响。减小采样周期可能会增加系统的不稳定性，而增大采样周期则可能导致响应速度下降。因此，合适的采样周期选取是设计中必须考虑的因素。 稳态误差分析关注的是当系统受到扰动或设定值改变后，随着时间推移系统输出与期望值之间的偏差。理解这一概念对于优化控制性能至关重要，特别是在需要高精度控制的应用中。 计算机控制系统的动态过程研究了系统响应从初始状态到最终稳定状态的演变。通过频域分析，如Bode图和Nyquist图，可以评估系统的响应速度、振荡特性以及对高频噪声的抑制能力。 本章深入探讨了计算机控制系统分析的关键点，包括z平面、稳定性、稳态误差和动态过程，这些都是理解和设计有效、可靠的计算机控制系统的基础。通过这些分析方法，工程师能够优化控制策略，确保系统的稳定性和性能满足实际应用的需求。