计算机控制系统模拟化设计与离散化方法

"第5章-计算机控制系统模拟化设计.ppt" 在计算机控制系统的设计过程中，模拟化设计是一种常用的方法。这种方法主要是将原本的数字控制器视为一个模拟系统来处理，然后再将其转化为数字控制器。这一过程通常涉及以下几个关键知识点： 1. 模拟闭环控制系统与离散闭环控制系统：计算机控制系统通常由一个离散闭环结构组成，如图5.1所示，其中包含数字控制器D(z)、采样周期T、零阶保持器(ZOH)以及系统传递函数G(z)。而图5.2展示的是对应的模拟闭环控制系统，具有模拟控制器D(s)和系统传递函数G0(s)。 2. 等效离散原理和等效条件：设计中，模拟控制器D(s)需转换为数字控制器D(z)。这个转换基于一个前提，即采样周期T足够小，使得高频成分在经过零阶保持器后被滤除。零阶保持器的作用是将连续时间信号转换为离散时间信号，其频率特性决定了模拟控制器和数字控制器之间的关系。 3. 零阶保持器的频率特性：零阶保持器的输出频率特性与输入信号密切相关。在高频采样条件下，除了直流分量（k=0）外，其余高频成分几乎被消除。这可以用傅里叶变换来表示，并通过采样角频率ωs和采样周期T进行分析。 4. 相位延迟补偿：由于零阶保持器的存在，数字控制器相对于模拟控制器会有一定的相位延迟。如果这个相位延迟对系统性能影响较大，可以通过前置滤波器或超前校正等手段进行补偿，以保证系统稳定性和响应性能。 5. 离散化方法：将模拟控制器D(s)离散化为数字控制器D(z)的过程通常涉及脉冲传递函数、Z变换等数学工具。这些方法确保了模拟控制器的设计理念能够平滑地过渡到数字环境中。 6. 设计步骤：首先，针对模拟闭环系统设计一个合适的模拟控制器D(s)。然后，利用离散化技术，如Tustin变换、双线性变换等，将D(s)转换为D(z)。最后，将得到的数字控制器D(z)应用于图5.1所示的离散闭环控制系统中。 总结来说，计算机控制系统模拟化设计的核心在于将连续时间的模拟控制策略转换为离散时间的数字控制策略，通过理解和掌握上述知识点，工程师可以有效地设计出满足性能指标的数字控制器。