东北大学刘建昌：数字控制器模拟化设计详解

本资源是关于计算机控制系统教学的一系列课件，由东北大学的刘建昌教授提供，主要针对的是"数字控制器的模拟化设计方法"这一教学模块。课程内容分为四个教学单元： 1. 模块导学：首先，学生需要熟悉模拟系统控制器设计的基本方法，如频率设计法和根轨迹设计法，以及控制系统的性能指标，如z变换与z反变换，以及s平面与z平面的频率特性分析和稳定性分析方法。这个阶段旨在为后续控制器设计打下坚实基础。 2. 连续控制器的离散化方法：课程深入到实际应用，讨论的核心问题是将连续控制器转化为数字控制器的过程。通过离散化处理，确保数字控制器与模拟控制器在频率响应上保持一致性，同时保证系统的稳定性。 3. 数字PID控制器：介绍数字控制器的一种常见形式，即PID控制器，这是一种广泛应用于工业控制领域的反馈控制策略。学生将学习如何设计和调整PID参数以优化系统性能。 4. Smith预估控制：本单元进一步探讨更高级的控制策略，Smith预估控制，它利用了系统的传递函数模型，能更精确地预测未来输出并调整控制输入，提高控制精度和响应速度。 在整个教学过程中，教师强调采用连续系统控制器设计理论来设计数字控制器，目的是使其设计过程简单易懂且实用，便于学生理解和掌握。课程还涉及典型计算机控制系统的基本结构，包括计算机采样开关（D(z)）、零阶保持器（Wh0(s)）以及被控对象的离散化处理。当计算机采样开关的精度足够高，且检测装置反应迅速时，可以将连续部分简化，直接设计数字控制器D(z)，以实现整个系统的离散化设计。 此外，数字控制系统的简化结构展示了如何在满足一定条件后，将复杂的连续系统转变为易于分析和控制的离散系统。这对于理解现代工业自动化中的控制系统设计具有重要意义，特别是对于那些需要实时性和精确性的应用。通过本系列课程，学生将能够掌握从模拟到数字控制的转变过程，以及如何在实际工程中运用这些理论和方法。