计算机控制设计：连续到离散化方法解析

"计算机控制第讲(共23张PPT)精选.pptx" 这篇文档主要探讨了计算机控制系统的设计，特别是在连续域与离散域之间的转换。计算机控制系统通常包括A/D转换器、计算机（数字控制器）和D/A转换器，它们共同作用于模拟信号的处理。设计过程分为两大部分：首先在连续域中设计控制律，然后将其离散化以适应计算机编程。 1. 连续域—离散化设计： 在这个过程中，设计者首先会采用连续系统的控制理论来设计控制策略。考虑到A/D转换器，它在高频下呈现低通滤波器特性，确保采样频率远高于系统带宽，以避免混叠现象。A/D转换环节的频率特性可以简化为一个理想采样开关，其输出的频率特性可以用基频来近似表示。 2. A/D转换环节： A/D转换器被视作一个理想的采样开关，其频率响应特性在系统具有低通特性时尤为重要。当采样频率足够高，对于低频部分，采样输出特性可以近似为系统原始的低通特性。 3. 离散化方法的影响： 离散化方法的选择对数字控制器的性能有显著影响。例如，使用Tustin变换法离散化连续控制律，可以保持在特定频率下的幅值不变。此外，较高的采样频率可以在低频段改善系统的性能，可能需要调整系统性能指标，如增加稳定裕度。 4. 数字控制器设计： 为了考虑零阶保持器（ZOH）的相位滞后影响，设计者需要在连续域内设计一个等效的数字控制算法。ZOH在低频段工作，当采样频率远大于系统带宽时，其影响主要体现在低频部分。 5. D/A转换环节： D/A转换器本质上是一个零阶保持器，它的作用在于保持采样值直到下一次更新。在满足条件的情况下，ZOH对系统的高频部分影响较小，主要影响低频段的行为。 6. 计算机编程实现： 设计完成后，离散化的控制律需要通过编程在计算机上实现。对于较大的采样周期，必须考虑数字控制器的滞后效应，这可能导致系统响应速度变慢。 总结来说，本资料详述了从连续域到离散域的控制设计流程，包括A/D和D/A转换器的作用，以及如何在离散化过程中保持控制性能的方法。这些概念对于理解和设计现代数字控制系统至关重要。